科學家發現人類精子的運動違反了牛頓定律之一
根據一項描述這些精子和單細胞藻類運動特徵的新研究，人類精子憑藉鞭狀的尾巴在粘性液體中移動，這似乎違反了牛頓第三運動定律。
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京都大學數學家石本健太（Kenta Ishimoto）及其同事研究了精子和其他微觀生物遊動者中的這些不可逆相互作用，以發現它們如何滑過理論上應該抵抗其運動的物質。
當牛頓在 1686 年設計出現在著名的運動定律時，他試圖用一些簡潔的原理來解釋物理物體與作用在其上的力之間的關係，但事實證明，這些原理不一定適用於蠕動的微觀細胞。粘性液體。
牛頓第三定律可以概括為「每一個作用力都會產生一個大小相等、方向相反的反作用力」。它象徵著自然界中一種特殊的對稱性，其中相反的力量相互對抗。在最簡單的例子中，兩個大小相等的球在地面上滾動時碰撞，將根據該定律傳遞力並相互排斥。
然而，大自然是混亂的，並非所有物理系統都受到這些對稱性的約束。所謂的非互惠相互作用出現在由成群的鳥類、液體中的顆粒和遊動的精子組成的不規則系統中。
《科學警報》寫道，這些移動代理的移動方式與它們身後的動物或它們周圍的液體表現出不對稱的相互作用，從而為相等和相反的力創造了一個漏洞，繞過了牛頓第三定律。
因為鳥類和細胞會產生自己的能量，每次拍動翅膀或搖動尾巴時都會將能量添加到系統中，因此系統會遠遠失去平衡，並且相同的規則不適用。
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Ishimoto 及其同事分析了人類精子的實驗數據，並對綠藻衣藻的運動進行了建模。兩者都使用從細胞體伸出的細而彎曲的鞭毛來游泳，並改變形狀或變形以推動細胞前進。
高粘度液體通常會消耗鞭毛的能量，從而阻止精子或單細胞藻類的移動。然而，不知何故，彈性鞭毛可以觸發這些細胞，而不引起環境的反應。
研究人員發現，藻類精子尾部和鞭毛具有「奇怪的彈性」，這使得這些靈活的附屬物能夠旋轉，而不會向周圍的液體損失太多能量。
但這種不尋常的彈性特性並不能完全解釋鞭毛波動運動的推進力。因此，從他們的建模研究中，研究人員還衍生出了一個新術語，即不尋常的彈性模量，來描述鞭毛的內部力學。
研究人員總結道：「從可解的簡單模型到衣藻和精子的生物鞭毛波形，我們研究了奇數彎曲模量，以破譯材料內非局域、非互易的內部相互作用。」
研究小組補充說，這些發現可以幫助設計模仿生物材料的小型自組裝機器人，而建模方法可以用於更好地理解集體行為的基本原理。
