如果你把自己比作一个中子星,您可能不会发现很多共同点。毕竟,中子星– 具有超强磁场的天体 – 由坍缩的星核构成,距离地球数光年,甚至不看 Netflix。
但是,根据新的研究,我们至少有一个相似之处:构成我们的物质的几何形状。
研究人员发现中子星的“地壳”(或外层)与我们的细胞膜具有相同的形状。这可能意味着,尽管人类和中子星本质上不同,但它们都是受相同几何形状的约束。
“在如此截然不同的系统中看到非常相似的形状表明,一个系统的能量可能以一种简单而普遍的方式取决于它的形状,”一位研究人员说,来自印第安纳大学布卢明顿分校的天体物理学家查尔斯·霍洛维茨。
为了理解这一发现,我们需要快速深入核物质的奇怪世界,研究人员将其称为“核意大利面”,因为它看起来很像意大利面条和烤宽面条。亲自看看:
DK 贝里等人。
由于长程排斥力与一种叫做“中子星”的东西竞争,这种核面食在中子星致密的外壳中形成。强大的力量,即将夸克结合在一起的力。
换句话说,两种强大的力量相互对抗,迫使由各种粒子组成的物质以脚手架(面食)的方式构造自身。
作为团队成员之一,来自加州大学圣塔芭芭拉分校的生物物理学家 Greg Huber,解释:
“当你像中子星表面那样有密集的质子和中子集合时,强核力和电磁力会共同产生物质的相,如果你只是观察,你将无法预测物质的相。那些作用于少量中子和质子的力。”
现在,事实证明,这些意大利面状的结构看起来很像生物细胞内部的结构,尽管它们有很大不同。
这种奇怪的相似性首次发现于 2014 年,当时 Huber 正在研究我们身上的独特形状。内质网(ER) – 我们细胞中产生蛋白质和脂质的小细胞器。
起初,胡贝尔认为急诊室的这些结构——他称之为“停车场”,或更正式地说,寺崎坡道– 是只发生在软物质内部的事情。
但当他看到霍洛维茨的中子星模型时,惊讶地发现 ER 的结构看起来与中子星内部的结构非常相似。
“我打电话给查克(霍洛维茨),问他是否知道我们已经在细胞中看到了这些结构,并为它们提出了一个模型,”胡贝尔说。 “这对他来说是新闻,所以我当时意识到可以进行一些富有成效的互动。”
您可以在下面看到 ER 结构(左)与中子星(右)的比较:
这一发现将两位科学家聚集在一起,比较和对比结构之间的差异,例如它们形成所需的条件。
通常,物质具有一个相的特征——有时称为其状态– 例如气体、固体、液体不同的相通常受到多种条件的影响,例如物质的温度、压力的大小以及密度。
这些因素在软物质(细胞内的物质)和中子星(核物质)之间变化很大。毕竟,中子星是在超新星爆炸后形成的,细胞是在生物体内形成的。考虑到这一点,很容易看出这两件事有很大不同。
“为了中子星,强核力和电磁力产生了根本上的量子力学问题,”胡贝尔说。
“在细胞内部,将膜结合在一起的力本质上是熵,并且与系统整体自由能的最小化有关。乍一看,它们完全不同。”
虽然相似性很酷,让我们感觉以一种奇怪的方式与宇宙联系在一起,但这些差异表明了这一发现的重要性,因为它们暗示着两种截然不同的事物——细胞和中子星——可能受到相同的几何规则的指导我们才刚刚开始理解。
需要进一步的研究才能真正弄清楚这里发生了什么,但这是一个起点,可以帮助我们了解有关物质结构的基本知识,我们很高兴看到它会带来什么结果。
该团队的工作发表于物理评论C。