我就是宇宙?科學家發現人類細胞和中子星有著極相似的結構

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我們與星體的連結

如果你準備將自己和一個中子星來做比較,你大概不會發現太多共通點。畢竟,中子星(neutron star),擁有超強磁場的精妙天體,是由坍縮的星核形成的,位置距地球有數光年之久的距離。

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然而,根據新的研究,我們至少有一個相似處,那就是形成我們物質的幾何原理。

研究員發現,一個中子星的「外殼」,或者稱作中子星外層,有著我們人體細胞膜的相同形狀,這個發現意味著,儘管兩者本質上是不同的,人類和中子星是約束在相同的幾何形狀原理

其中一位研究員,來自印第安納大學布魯明頓校區,天體物理學家查理斯·霍羅維茲 (Charles Horowitz) 說道:「看著顯然兩種不同的系統卻有相似的形狀,說明了一個系統的能量可能取決於它自身的形狀,這是簡單且普遍存在宇宙中的現象。」

為了理解這個發現,我們需要迅速埋頭思考神祕的原子核的物質世界,研究者稱作「核麵條」(nuclear pasta),因為它看起來很像義大利麵的麵條,您自己瞧瞧。

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這個「核麵條」 形成中子星高密度的外殼,是由於對抗一種將夸克結合在一起的「強作用力」(strong force) 長期排斥力形成的結果。

換句話說,兩種強大的力量和另一個力量互相對抗,將不同粒子的組成強力形成物質,建構成鷹架形式的組織,就像義大利麵一樣。

其中一個研究組員,來自聖巴巴拉市加州大學,生物自然科學家葛列格

胡伯(Greg Huber)解釋道

「當你擁有像中子星外殼質那樣質子(protons)與中子(neutrons)間高密度的結合時,如果你僅僅觀察那些少量集合的中子和質子的力量運作,那個強大的核作用力和電磁力的結合,將提供給你無法預測的物質相。」

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結果現在發現到的是,這些像義大利麵結構的中子星,與生物細胞內的結構竟然有很大的相似,即便他們完全是差別很大的系統。

這個奇特的相似性最早是在2014年發現的,當胡伯正在研究我們人體「內質網」(endoplasmic reticulum)獨特的形狀時,它是在我們細胞內製造蛋白質和脂質的小細胞器。

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一開始,胡伯以為這些「內質網」只存在於細胞內軟物質裏面,他稱「內質網」為「停車庫」,或者正式一點,「寺崎坡道」(Terasaki ramps)。

然而當他看到霍羅維茲的中子星模型,驚訝地發現細胞「內質網」的結構和中子星裏面的結構竟然大大地雷同。

胡伯說:「我打電話給查克,問他是否知道我們也看到這些細胞的結構並且也提出一個模型。」「對他來說是一件消息,因此我馬上領悟之後一定有一些成功的交流。」

你可以看到細胞的「內質網」【左邊】和中子星【右邊】比較的結果如下:

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這個發現將兩邊的科學結合在一起做比較和比對兩個結構之間的不同處,例如各自形成的條件

通常物質是以本身的相(phase)來描述其特色,有時候稱作狀態(state)。例如氣體,固體,液體,不同相經常受到不同條件過剩的影響,就像這個物質有多熱,壓力有多大,密度有多高。

在軟物質﹝細胞內的東西﹞和中子星﹝核物質﹞之間,這些要素的變化範圍非常地大。畢竟,中子星是在超新星爆炸後形成的,而細胞是在活的生命體內形成的。記住這個原理,可以看出來兩者是相當不同的東西。

胡伯說:「對中子星而言,強大的核力量和電磁力結合創造最基礎的量子力學問題。」

「在細胞內部,膜與膜之間相互支撐的力量基礎上是重力關係,並且是有關整個系統全部的自由能量規模中之最小估計,乍看之下,這些真的很不相同。」

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雖然相似性感覺很酷,使我們感知和宇宙間有種奇特方式連結,然而相異之處也有其重要性,因為這暗示著細胞和中子星這兩樣非常不同的事物,或許由相同的幾何規則引導著,而這僅僅只是我們剛開始了解的部份。

這個重大發現,將會做更進一步的研究,來弄明白到底發生了什麼事,然而這個起始點也幫助我們去理解,物質本身主要的基礎結構是如何建造的,然後,我們很興奮將會看到通往哪兒去。

這個研究團隊的報告在Physical Review C期刊有發表。

來源:Science Alert