Gây Chấn Động: Tinh Trùng "Bẻ Cong" Định Luật Newton & Bí Mật Của "Độ Đàn Hồi Lẻ"

NexFuture (14/11/2025):Từ ghế nhà trường, chúng ta đã thuộc lòng Định luật III Newton: "Mọi hành động đều có một phản lực tương đương và ngược chiều". Bạn đấm vào tường, tường tác dụng lực lại tay bạn đau điếng. Bạn chèo thuyền đẩy nước ra sau, nước đẩy thuyền tới trước.

Đó là chân lý tuyệt đối của vũ trụ. Hoặc ít nhất... chúng ta đã từng nghĩ vậy.

Một nghiên cứu chấn động vừa được công bố trên tạp chí danh tiếng PRX Life đã chứng minh: Trong thế giới vi mô, tinh trùng người và một số loài tảo xanh đã tìm ra cách "hack game", di chuyển mà không thèm đếm xỉa đến quy tắc vàng của Isaac Newton.

Làm thế nào những tế bào nhỏ bé này có thể thách thức vật lý? Và điều này có ý nghĩa gì cho tương lai y học? Hãy cùng NexFuture đi sâu tìm hiểu.

Ảnh minh họa: tinh trùng bơi

1. Thách thức "Bể Mật Ong": Nỗi khổ của thế giới tí hon

Để hiểu tại sao tinh trùng cần phải "phá luật", chúng ta cần hiểu môi trường sống của chúng.

Ở quy mô con người, nước rất lỏng. Bạn bơi rất dễ. Nhưng khi bạn thu nhỏ lại kích thước của một tế bào tinh trùng, các định luật thủy động lực học thay đổi hoàn toàn. Đối với chúng, nước (hay dịch cơ thể) không lỏng, mà nó đặc quánh và nhớt dính y hệt như mật ong.

Nếu bạn bơi trong bể mật ong theo cách thông thường (vẫy tay ra sau, rồi thu tay về), lực cản sẽ triệt tiêu ngay lập tức mọi nỗ lực của bạn. Bạn vẫy đi bao nhiêu, độ nhớt kéo bạn lại bấy nhiêu. Bạn sẽ đứng yên tại chỗ.

Vậy làm sao tinh trùng vẫn lao đi vun vút để thụ tinh?

2. Vũ khí bí mật: "Độ Đàn Hồi Lẻ" (Odd Elasticity)

Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Kenta Ishimoto (Đại học Kyoto) đã phát hiện ra chìa khóa nằm ở một cơ chế vật lý kỳ lạ chưa từng được mô tả trước đây: Độ đàn hồi lẻ.

Thay vì bơi theo kiểu "thuận nghịch" (Reciprocal) như con lắc đồng hồ (qua trái rồi qua phải y hệt nhau), đuôi của tinh trùng (lông roi) thực hiện một vũ điệu "không tương hỗ" (Non-reciprocal).

Hãy tưởng tượng đơn giản:

• Bơi kiểu Newton (Thất bại): Bạn vẽ một đường thẳng đi, rồi vẽ đè lên đường thẳng đó để về. Kết quả: Nét vẽ bị xóa.
• Bơi kiểu "Đàn hồi lẻ" (Thành công): Bạn vẽ một đường cong đi, nhưng khi về lại đi theo đường vòng cung khác. Bạn tạo ra một vòng lặp năng lượng.

Các lông roi của tinh trùng có khả năng tự "bơm" năng lượng vào môi trường xung quanh, làm uốn cong chất lỏng theo cách phá vỡ sự đối xứng của lực cản. Nhờ đó, chúng tạo ra lực đẩy ròng về phía trước mà không cần tuân theo nguyên tắc phản lực cứng nhắc của Newton.

Để đo lường khả năng siêu phàm này, các nhà khoa học thậm chí phải sáng tạo ra một đơn vị đo lường toán học mới toanh: Mô-đun đàn hồi lẻ (Odd Elastic Modulus).

3. Từ Tinh trùng đến Robot Nano: Cuộc cách mạng công nghệ

Tại sao bạn cần quan tâm đến chuyện tinh trùng bơi thế nào? Bởi vì cơ chế này chính là "bản thiết kế" mà các kỹ sư robot đã khao khát suốt nhiều thập kỷ.

Phát hiện này đang mở đường cho những ứng dụng viễn tưởng:

• Robot Nano vận chuyển thuốc: Các nhà khoa học có thể chế tạo những robot mềm siêu nhỏ, bắt chước cơ chế "đàn hồi lẻ" để bơi ngược dòng máu, luồn lách qua các mô mỡ dày đặc để đưa thuốc tiêu diệt ung thư đến chính xác từng tế bào bệnh, điều mà công nghệ hiện nay bó tay.
• Robot chẩn đoán không xâm lấn: Những robot này có thể bơi trong dịch nhầy của đường ruột hay phổi để quay phim, lấy mẫu xét nghiệm mà không gây đau đớn hay bị mắc kẹt.
• Vật liệu "sống": Tạo ra các loại vật liệu nhân tạo có khả năng tự co bóp, tự di chuyển và thay đổi hình dạng khi nhận tín hiệu, ứng dụng trong áo giáp thông minh hoặc cơ bắp nhân tạo.

Lời kết: Thiên nhiên - Kỹ sư đại tài nhất

Nghiên cứu của Kenta Ishimoto là một lời nhắc nhở khiêm tốn: Ngay cả những định luật vật lý tưởng chừng bất di bất dịch cũng có những "lỗ hổng" đầy sáng tạo.

Tinh trùng không học vật lý, nhưng qua hàng triệu năm tiến hóa, chúng đã tìm ra cách "bẻ cong" thực tại để duy trì sự sống. Và giờ đây, con người đang học lại chính bài học đó để kiến tạo tương lai.

Nguồn tham khảo: Nghiên cứu được công bố trên tạp chí PRX Life và phân tích từ Đại học Kyoto.

Thế Anh

NexFuture.Net

🧬 Hỏi Đáp: Khi Vật Lý Gặp Sinh Học

Có phải Newton đã sai không?

Không hẳn. Định luật Newton vẫn đúng ở quy mô vĩ mô (xe cộ, hành tinh). Nhưng ở quy mô vi mô (tế bào), các quy tắc vật lý trở nên phức tạp hơn do độ nhớt. Tinh trùng không "xóa bỏ" định luật, mà chúng tìm ra một "lỗ hổng" (loophole) để lách qua nó bằng cách sử dụng năng lượng nội tại để biến đổi hình dạng linh hoạt.

"Chuyển động không tương hỗ" là gì (dễ hiểu)?

Hãy tưởng tượng con mèo rơi từ trên cao xuống: nó vặn mình, xoay chân để tiếp đất bằng 4 chân dù không có điểm tựa nào. Đó là một dạng chuyển động không tương hỗ. Tinh trùng cũng vậy, đuôi của nó uốn cong theo chu trình đặc biệt để tạo lực đẩy mà không cần điểm tựa cố định.

Tại sao tinh trùng bơi trong dịch lỏng lại khó như bơi trong mật ong?

Đây là do tỷ lệ kích thước. Với một vật thể siêu nhỏ, lực ma sát (độ nhớt) của nước trở nên khổng lồ so với quán tính của nó. Hiện tượng này được gọi là Số Reynolds thấp. Đối với tinh trùng, nước đặc như hồ dán vậy!