根據最近的一項研究，人類精子依靠鞭毛在黏稠液體中游動，似乎違反了牛頓第三定律。該
研究分析了精子和其他微觀生物的運動方式。
京都大學的數學科學家石本健太和他的團隊研究了精子和其他微觀生物游泳者如何穿過理論
上應該阻礙它們移動的物質。
1686年，牛頓在著名的運動定律中闡述了物體與作用力之間的關係。然而，他的定律似乎並
不完全適用於微觀細胞在黏稠液體中擺動。
牛頓第三定律總結為「作用力和反作用力大小相等，方向相反」。它代表了自然界中特定類
型的對稱性，即相反的力相互作用。例如，兩個相同大小的彈珠碰撞時，它們會根據這一定
律傳遞力並反彈。
然而，自然界是複雜的，並非所有物理系統都受這些對稱性約束。所謂的非互惠相互作用出
現在成群的鳥類、流體中的粒子以及游泳的精子等混亂系統中。
這些運動物體與周圍動物或液體之間表現出非對稱的相互作用，為繞過牛頓第三定律的相等
和相反力創造了漏洞。
由於鳥類和細胞會產生自己的能量，每次翅膀扇動或尾巴擺動都會將能量添加到系統中，使
系統遠離平衡，因此不再適用相同的規則。
石本和他的團隊在10月發表的研究中，分析了人類精子和綠藻衣藻的實驗數據，並模擬了它
們的運動。它們都使用從細胞體延伸而出纖細彎曲的鞭毛，透過改變形狀或變形來推動細胞
前進。
通常情況下，高黏度的液體會消耗鞭毛的能量，使精子和單細胞藻類無法移動太遠。然而，
這些彈性的鞭毛能推動細胞前進，而不引起周圍環境的反應。
研究人員發現，精子尾部和藻類鞭毛具有“奇異的彈性”，這種彈性使這些靈活的附屬物能
夠擺動而不損失太多能量傳遞給周圍液體。
然而，這種奇異彈性的特性並不能完全解釋鞭毛波浪狀運動所產生的推動力。因此，研究人
員透過模擬研究，也提出了一個新的術語——奇異彈性模量，用來描述鞭毛的內部力學。
「我們從可解的簡單模型到衣藻和精子細胞的生物鞭毛波形，研究了奇異彎曲模量，以破譯
材料內部非局部、非互惠的相互作用。」研究人員總結道。
研究小組表示，這些發現可以幫助設計模仿生命材料的小型自組裝機器人，而建模方法則可
以用於更好地理解集體行為背後的基本原理。
這項研究發表在PRX Life期刊。
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