自然界確實(shí)存在普遍的“模式”，這與物體的大小、種類(lèi)或所處環(huán)境無(wú)關(guān)。例如，樹(shù)干與血管的分支形狀十分相似，而軟體動(dòng)物與卷心菜的螺旋結(jié)構(gòu)如出一轍?，F(xiàn)在麻省理工學(xué)院和劍橋大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌與電子的集體運(yùn)動(dòng)也出人意料地相似：當(dāng)成千上萬(wàn)細(xì)菌通過(guò)微流體晶格時(shí)，它們同步運(yùn)動(dòng)的方式與電子在磁場(chǎng)中圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的方式具有異曲同工之妙。
  據(jù)麻省理工學(xué)院官網(wǎng)消息，在初步實(shí)驗(yàn)中，研究人員將細(xì)菌注入微型水槽中來(lái)觀(guān)察其流動(dòng)模式。他們發(fā)現(xiàn)，在較大的水槽中，細(xì)菌的流動(dòng)方式相對(duì)混亂，而在寬約70微米的較小水槽中，成千上萬(wàn)的細(xì)菌開(kāi)始有序地流動(dòng)——長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以螺旋的方式向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
  為了進(jìn)一步研究，研究人員設(shè)計(jì)了包含100個(gè)微型水槽的晶格，其中每個(gè)水槽寬70微米，相鄰水槽之間通過(guò)狹小的縫隙互相連通。他們把細(xì)菌注入晶格并進(jìn)行觀(guān)察后發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)改變水槽之間縫隙的寬度來(lái)控制細(xì)菌的流動(dòng)。如果縫隙足夠小，兩個(gè)相鄰水槽中的細(xì)菌會(huì)以相反方向進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，與電子在非磁性材料中的交替循環(huán)類(lèi)似；如果縫隙在8微米以上，每個(gè)水槽中的細(xì)菌都會(huì)向同一個(gè)方向同步運(yùn)動(dòng)，與電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方式類(lèi)似。
  研究人員還找到了同時(shí)適用于細(xì)菌和電子的運(yùn)動(dòng)方式的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)模型基于電子在磁性和電子材料中的量子行為的晶格場(chǎng)理論，只是被簡(jiǎn)化后更通俗易懂。他們利用模型預(yù)測(cè)，晶格場(chǎng)維度的變化會(huì)帶來(lái)電子或細(xì)菌的相變或流動(dòng)方向的改變。其研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然·物理》雜志上。
  “我們發(fā)現(xiàn)了兩者的共性，這非常令人驚訝?！甭槭±砉W(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)系副教授耶恩·鄧克爾說(shuō)，“真正迷人的地方在于，一個(gè)生命系統(tǒng)的行為與人們所認(rèn)為的量子系統(tǒng)的行為如此相似?！?
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