日本学者发现人类精子游动违反牛三定律?牛顿的棺材板又盖不住了丨热点较真
实际上,论文正文通篇都没有提到其违背牛顿第三定律,更不是网友们普遍在讨论的精子与流体的相互作用,真正表达的是精子由其具有活性而属于奇弹性体,其自身受力后发生的变形会出乎意料之外,不满足互等定理(即非互易性)。从力学上来说,由于与外界发生能量交换,导出了不对称的刚度矩阵,这个不对称的刚度矩阵就是非互易性的来源。
即便是奇弹性体的精子,仍然应该遵循着牛顿第三定律。精子与流体之间,为了计算将精子离散化后各精子小段之间,其作用力与反作用力仍然是等值、方向、共线的。只不过,因为是奇弹性,由于与外界的能量交换,本来传递过来的力可能不大,但是产生的变形却较大,且与力的方向不一致,这源自人类精子本身的细胞活性。
力学Nerd王小胖
腾讯新闻知识官、南京农业大学工学院副教授
近期,日本学者在《PRX: LIFE》上发表了一篇名为“Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid”的论文,在其摘要中,明确提出了他们通过考虑奇弹性体的非互易行为,探索了活性体牛顿第三定律(以下简称牛三定律)的违反性。
论文摘要
此篇论文一出,牛顿的棺材板似乎要盖不住了。在一些自媒体的传播下,关于牛顿力学体系,特别是关于牛三定律的适用性,引起了极大的讨论。
自媒体的传播(图源:微博截图)
人们的讨论,都在为牛三定律的失效寻找可能的解释。就像下图中的作者认为,这种现象并非违背了牛三定律,而是因为精子太小了,导致游动过程中的雷诺数非常小,此时液体的粘性力变成了主因。所以精子一旦停止了游动,它会立刻停止不前,而普通物体则会因为惯性还能前行一段距离。
为牛三定律失效进行解释(图源:网络截图)
他举了一个低雷诺数下游泳的例子。正常情况下,游泳的时候向后划水,水与手掌相互作用,根据牛三定律,这两个力属于作用力与反作用力,人体在这个力的作用下前进。而在低雷诺数下这种现象将不复存在,也就是你向后划水,却无法前进。人体施加给水的力,结果水并没有同样大小地反过来作用于人体。
网友激烈的讨论(图源:微博截图)
而网友们一个普遍的解释是,牛顿力学不适用微观,或者说精子运动本身就非常慢,反作用力体现不出来。但是,人类精子的尺度尚未小到微观领域,仍然归属于牛顿力学管辖。牛顿力学管辖不了的,比如电子、原子级别的粒子,才交给量子力学处理。日本学者的这项研究其实是理论研究,即便反作用力再小,也会有一个理论上的表达式,所以不存在体现不出来这种说法。
真相究竟是什么?人类精子是否真的打败了牛顿?还需要我们亲自去看一遍这篇论文。日本学者的这篇论文非常晦涩难懂,如果你不想去动脑筋,那么请继续往下看。实际上,除了摘要明确提到了违反牛三定律,正文一个字都没有提到,更多的是非互易性。
参考资料:
[1]Kenta Ishimoto, Clément Moreau, and Kento Yasuda, Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid, PRX LIFE 1, 023002 (2023)
[2]匡震邦, 非线性连续介质力学, 上海: 上海交通大学出版社 (2002)
[3]Colin Scheibner, Anton Souslov, Debarghya Banerjee et al, Odd elasticity, arXiv:1902.07760v1 [cond-mat.soft] (2019)
[4]W. Cheng, and G. Hu, Odd elasticity realized by piezoelectric material with linear feedback, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 64, 114612 (2021)
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