科学家发现人类精子的运动违反了牛顿定律之一
根据一项描述这些精子和单细胞藻类运动特征的新研究，人类精子凭借鞭状的尾巴在粘性液体中移动，这似乎违反了牛顿第三运动定律。
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京都大学数学家石本健太（Kenta Ishimoto）及其同事研究了精子和其他微观生物游动者中的这些不可逆相互作用，以发现它们如何滑过理论上应该抵抗其运动的物质。
当牛顿在 1686 年设计出现在著名的运动定律时，他试图用一些简洁的原理来解释物理物体与作用在其上的力之间的关系，但事实证明，这些原理不一定适用于蠕动的微观细胞。粘性液体。
牛顿第三定律可以概括为“每一个作用力都会产生一个大小相等、方向相反的反作用力”。它象征着自然界中一种特殊的对称性，其中相反的力量相互对抗。在最简单的例子中，两个大小相等的球在地面上滚动时碰撞，将根据该定律传递力并相互排斥。
然而，大自然是混乱的，并非所有物理系统都受到这些对称性的约束。所谓的非互惠相互作用出现在由成群的鸟类、液体中的颗粒和游动的精子组成的不规则系统中。
《科学警报》写道，这些移动代理的移动方式与它们身后的动物或它们周围的液体表现出不对称的相互作用，从而为相等和相反的力创造了一个漏洞，绕过了牛顿第三定律。
因为鸟类和细胞会产生自己的能量，每次拍动翅膀或摇动尾巴时都会将能量添加到系统中，因此系统会远远失去平衡，并且相同的规则不适用。
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Ishimoto 及其同事分析了人类精子的实验数据，并对绿藻衣藻的运动进行了建模。两者都使用从细胞体伸出的细而弯曲的鞭毛来游泳，并改变形状或变形以推动细胞前进。
高粘度液体通常会消耗鞭毛的能量，从而阻止精子或单细胞藻类的移动。然而，不知何故，弹性鞭毛可以触发这些细胞，而不引起环境的反应。
研究人员发现，藻类精子尾部和鞭毛具有“奇怪的弹性”，这使得这些灵活的附属物能够旋转，而不会向周围的液体损失太多能量。
但这种不寻常的弹性特性并不能完全解释鞭毛波动运动的推进力。因此，从他们的建模研究中，研究人员还衍生出了一个新术语，即不寻常的弹性模量，来描述鞭毛的内部力学。
研究人员总结道：“从可解的简单模型到衣藻和精子的生物鞭毛波形，我们研究了奇数弯曲模量，以破译材料内非局域、非互易的内部相互作用。”
研究小组补充说，这些发现可以帮助设计模仿生物材料的小型自组装机器人，而建模方法可以用于更好地理解集体行为的基本原理。
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