[爆卦] 科學家發現精子可以突破牛頓第三定律

沒有想到這麼重大的秘密居然藏了這麼久才被發現，這就是螺旋族強大的祕密嗎？

論文正式出處(美國物理學會出版American Physical Society)：

https://journals.aps.org/prxlife/abstract/10.1103/PRXLife.1.023002

Motility is a fundamental feature of living matter, encompassing single cellsand collective behavior. Such living systems are characterized by
nonconservativity of energy and a large diversity of spatiotemporal patterns.Thus, fundamental physical principles to formulate their behavior are not yetfully understood. This study explores a violation of Newton's third law in
motile active agents, by considering non-reciprocal mechanical interactions
known as odd elasticity. By extending the description of odd elasticity to a
nonlinear regime, we present a general framework for the swimming dynamics ofactive elastic materials in low-Reynolds-number fluids, such as wavelike
patterns observed in eukaryotic cilia and flagella. We investigate the
nonlocal interactions within a swimmer using generalized material elasticity
and apply these concepts to biological flagellar motion. Through simple
solvable models and the analysis of Chlamydomonas flagella waveforms and
experimental data for human sperm, we demonstrate the wide applicability of anonlocal and non-reciprocal description of internal interactions within
living materials in viscous fluids, offering a unified framework for active
and living matter physics.

運動性是生物體的基本特徵，包括單細胞和集體行為。這種生命系統的特徵是能量的非保守性和時空模式的多樣性。因此，制定其行為的基本物理原理尚未完全理解。

這項研究探討了運動黏性劑對牛頓第三定律的違反。

透過將奇彈性的描述擴展到非線性狀態，我們提出了低雷諾數流體中活性彈性材料游泳動力學的通用框架，例如在真核纖毛和鞭毛中觀察到的波狀圖案。我們利用廣義材料彈性研究游泳者體內的非局部交互作用，並將這些概念應用於生物鞭毛運動。透過簡單的可解模型以及對衣藻鞭毛波形和人類精子實驗數據的分析，我們證明了黏性流體中生命材料內部相互作用的非局域和非互易描述的廣泛適用性，為活性物質和生命物質提供了統一的框架

牛頓第三運動定律指出，對於每一個作用，都會產生一個大小相等且方向相反的反作用力。物理專業的學生透過進行涉及將物體（例如彈珠）敲在一起的實驗來了解該定律的作用。在現實世界中，牛頓第三運動定律常常被生物所迴避，這些生物的演化方式使它們能夠保存能量，這反過來意味著它們不需要那麼多的食物來生存。

在這項新的努力中，研究人員注意到，一些藻類和精子 細胞似乎在各自的液體中移動所需的力氣較小。他們指出，這種液體通常是黏稠的，這意味著需要費力才能遊過其中。為了了解小細胞是如何做到這一點的，研究小組仔細觀察了它們的運作。

在顯微鏡下研究衣藻和人類精子細胞的運動時，研究人員發現兩者都使用鞭毛來移動。毛髮狀的附屬物會做出波浪般的運動，有效地推動和拉動它們穿過液體環境。研究人員指出，根據牛頓第三定律，這種運動應該會導致流體反應，從而大大減緩進展。但事實並非如此。

他們發現，當精子遊動時，它會像預期的那樣擺動鞭毛。但研究小組還發現，由於研究小組所描述的“奇怪的彈性”，鞭毛的鞭打方式不會向液體損失太多能量。透過響應液體的
追索而以微小的方式彎曲，鞭毛能夠避免相等且相反的反應，從而保存其所有者的能量。

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11 October 2023才出的物理學論文，我才不信短短兩個禮拜有辦法出中文報導。