Законите на физиката се нарушават или изглежда, че се нарушават, този път от човешките сперматозоиди и някои микроорганизми. Те се противопоставят на третия закон за движението на Нютон, деформирайки телата си, докато плуват по начин, който не предизвиква реакция от заобикалящата ги среда.
Констатациите биха могли в крайна сметка да вдъхновят изследователите да разработят малки плуващи роботи, които също нарушават този закон.
Известно е, че третият закон на Нютон може да се обобщи с фразата "всяко действие има еднакво и противоположно по посока противодействие". Това означава, че когато се притискаме към стената, тя също ни отблъсква.
"Но наскоро физиците започнаха да изследват механиката без третия закон на Нютон", отбелязва Кента Ишимото (Kenta Ishimoto) от Университета в Киото, Япония. "В случая, ако бутнете стената, тя не е задължително да ви отблъсне – може дори да избяга от вас."
Обекти на новото изследване са човешките сперматозоиди и водораслите Chlamydomonas. И двете клетки плуват с помощта на камшичета – тънки камшичета, наречени флагели, които стърчат от основното тяло на клетката. Флагелите са еластични и могат да променят формата си, за да взаимодействат с течността около клетката. Това помага на клетката да се движи напред по така наречения "нереципрочен" начин, което означава, че те нарушават третия закон на Нютон.
Но подробностите за този процес все още не са ясни. В микро мащаб изследователите очакват течността да разсее по-голямата част от енергията на клетката. Това би трябвало да ѝ попречи да стигне много далеч, независимо колко усилено мърда еластичното си камшиче.
За да разберат как клетките успяват да се движат въпреки това очевидно препятствие, изследователите анализират движението на камшичетата на спермата и клетките на водораслите.
Те откриват, че тези флагели имат необичайно свойство, наречено "особена" еластичност, което им позволява да се плуват, без да губят много енергия от околната течност, което иначе би потиснало тяхната подвижност.
Изследователите определят количествено особената еластичност на клетките и достигат до число, наречено "модул на особената еластичност“. Колкото по-голямо е това число, толкова повече флагелата може да се развява, без околната течност да потиска движението му. Това позволява на клетката да се движи напред по начин, който противоречи на физиката.
Клемент Моро (Clément Moreau) от Университета в Киото, който също е работил по изследването, коментира, че изчисляването на модула на особената еластичност за много различни микроплувци може да помогне на учените да ги класифицират и да разберат дали има допълнителни характеристики, които им помагат да не се подчиняват на третия закон на Нютон.
Сперматозоидите и водораслите не са единствените клетки, които притежават флагел – много микроорганизми имат такъв и вероятно има и други нарушители на правилата, които трябва да бъдат открити. Възможността за разбиране и класифициране на други клетки или организми, способни на нереципрочно движение, може да бъде много полезна.
Изследването може дори да помогне при проектирането на малки еластични роботи със способността да нарушават третия закон на Нютон, според един от авторите на изследването, смята Кента Ишимото .
Нещо повече, модулът на особената еластичност може да бъде изчислен за всяка система със затворен контур, което означава, че може да се приложи към широк спектър от биологични данни, включително активни еластични мембрани и обемна динамика, обясняват авторите в своето заключение.
Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid, Kenta Ishimoto, Clément Moreau and Kento Yasuda - PRX Life, 1, American Physical Society, doi: 10.1103/PRXLife.1.023002
Sperm caught breaking Newton's third law of motion, New Scientist.
