牛顿第三定律失效芝大揭秘新自然力系统反作用不再等于作用力

在自然界中，一些系统尚未达到平衡，如生命体。在这样的非平衡系统中，牛顿第三定律不再适用。芝加哥大学的研究人员最近发现了一种新的思考非平衡系统中相变的方法。

牛顿第三运动定律表述了经典力学中的基本运动规律，但400年来，这一原理并未完全解释所有现象。在某些情况下，物体似乎不会按照预期移动。这是因为这些物体处于非互惠性的环境中，即使在这种情况下，也存在一种称为“奇点”的数学现象，它们可以控制相变过程。

Vincenzo Vitelli和他的团队发现，这些奇点也控制着非互惠性系统中的相变。他们通过研究极化子——一种特殊的量子态——来探索这一现象。极化子的质量非常低，使得它们能够以高温度形成一种名为玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的状态。在这种状态下，分离的原子全部坍缩成一个单一的量子态。

然而，在创建BEC时，他们遇到了一种挑战：需要不断地输入能量，以弥补光子的逃逸。这就像创造激光一样，而激光本身就是一个持续获得和损失能量的过程。

研究人员还将这些发现与鸟群、交通中的细胞、细菌和汽车等对称性破裂的情况进行了比较。这些实例都涉及内部能量来源，因此它们与统计力学描述不同的方式有所不同。

最终，他们推动了数学和物理学向前发展，并提出了一种通用的机制，将奇点与量子动力学系统中的相变联系起来。此外，他们还扩展了这一理论到所有非互惠性系统，并构建了使用受非互惠规则支配的小型机器人模型，以证明这一概念。

这项工作展示了解决长期以来困扰科学家的问题的一种新途径，为我们提供了更深入地理解自然世界运作方式的手段。