日本京都大学的研究人员发现精子运动违背牛顿第三定律作用力和反作用力

日本京都大学的研究人员发现，精子的鞭毛或尾巴通过改变形状与周围液体相互作用，推动精子前进，但精子不会从周围环境中引起相等和相反的反应。专家们说，这种运动方式违背了牛顿第三定律，即作用力和反作用力总是大小相等，方向相反。研究小组使用人类精子细胞和藻类进行研究，因为这两种细胞都有鞭毛，可以帮助它们在液体中前进。这些尾巴是有弹性的，可以变形并恢复到原来的形状。但是，尾巴的弹性表明，精子不应该有任何运动，因为精子摆动尾巴时并没有向周围环境释放多少能量。研究人员在显微镜下对藻类和精子细胞进行了分析，发现这对藻类和精子细胞利用它们的尾巴进行波浪式运动，推动和拉动它们穿过周围的液体环境。根据牛顿第三定律，这种运动最终会减慢游泳者的速度。精子尾巴的甩动避免了等效和相反的反应，违背了牛顿第三定律。精子尾巴的甩动应该会损失能量，因为它在与周围环境对抗时会变形。然而在甩动过程中，尾巴避免了等效和相反的反应，从而节省了能量。通过以微小的方式弯曲以应对来自液体的反作用力，尾巴能够避免出现相等和相反的反应，从而节省精子的能量。研究人员称这种能力为“奇异弹性”（odd elasticity）。英国莱顿大学发表的一份研究报告称，“奇异弹性”并不是固体活动的总称，而是一种定义明确的物理机制，它能在固体或其他系统中产生主动力，在这些系统中，无需使用弹性势能就可以产生广义上的弹性。