自有规矩？新论文：精子运动可能违背牛顿第三定律

生物世界充满惊喜，而看似违反物理定律的事物可能就在我们身边。最近一群日本科学家发现，凭藉一条鞭状小尾巴在黏性液体中推动自身前进的人类精子细胞，移动过程似乎违反牛顿第三运动定律。

牛顿定律是描述物体相互作用的基本法则，“牛顿第三定律”称为“作用力与反作用力定律”，假设自然界每个动作都会产生大小相等、方向相反的力，即若两个物体相互作用对方，彼此施加对方的力大小相等、方向相反。

不过并非所有物理系统都受此对称性约束，我们知道经典牛顿力学在微观量子力学和相对论（物体接近光速）面前会失效。但最近引发讨论热度的新论文指出让人意想不到的对象：有鞭毛的人类精子细胞。

日本京都大学数学家 Kenta Ishimoto 团队利用显微镜观察衣藻与人类精子细胞，发现两者都使用鞭毛在浓稠液体环境移动，根据牛顿第三定律，这种运动应该引发流体反应，大幅减缓移动速度;简单说，精子细胞周围液体应该会抵消精子施加的所有能量，使精子动弹不得。

然而事实并非如此，鞭毛摆动并没有引起周围同等但相反的能量回馈。

研究员指出，若将精子运动视为从微观活动获得能量的“开放系统”，会出现微观与宏观因素共同作用的特殊状况，此时鞭毛基于某种“奇怪弹性”，能在不损失大量能量前提下以非互易性与周围相互作用，让细胞更不费力移动──以违背经典物理学的方式。

精子移动似乎不遵守经典力学。（Source：Pixabay）

需注意的是，宏观条件看，精子确实有违背牛顿第三定律的特征，但微观条件并不能直接得出结论，毕竟精子是细胞，并不属原子尺度以下的微观事物。当然，这种不平衡也可能只是精子运动特殊性的局部现象。

除了精子和衣藻，自然界还有许多微生物也有鞭毛，可能代表有更多类似行为待发现，Kenta Ishimoto 表示，这项发现或许还能帮助人类设计出抵抗牛顿第三定律的小型弹性机器人。

新论文发表于《PRX Life》期刊。