科学家破解鸟群“违背”牛顿第三定律之谜

本文介绍了一项突破性物理研究：传统牛顿力学的核心原理——作用力与反作用力大小相等、方向相反（牛顿第三定律），在鸟群、细菌群、人群甚至活体组织中的细胞集体运动中并不成立。这是因为这些系统中的个体只对局部环境（如前方邻居）做出反应，导致相互作用是单向的、不对称的，即‘非互易相互作用’。长期以来，经典物理理论难以准确模拟这类系统，限制了我们对生物运动、群体行为等重要现象的理解。德国德累斯顿的研究团队（由罗德里希·默斯纳和马林·布科夫领导）提出全新建模思路：不抛弃原有理论框架，而是为每个真实组分（如一只鸟）引入一个‘虚构的辅助伙伴’（例如正前方一只不存在的‘镜像鸟’），将原本单向的相互作用，转化为该真实组分与虚构伙伴之间的双向互易作用。这些‘辅助自由度’虽无物理实体，却是强有力的数学工具，使科学家能继续使用成熟的方法（如多体物理理论）进行高精度模拟与分析。该方法不仅大幅提升模拟准确性，更深化了对集体行为物理本质的理解。研究团队还指出，这一思路可能延伸至量子物质领域——例如在特定条件下违反牛顿第三定律的量子粒子，是否会产生全新的集体量子现象（如新型磁性或无耗散输运）？目前尚属未知，正待探索。成果发表于《自然·物理学》。