동물이 어떻게 수영하는지 연구하기 시작했을 때 나는 물리학 자처럼 느끼지 않았습니다. 물리학 자들이 양자 역학, 우주론, 게이지 이론 등과 같은 소수의 유행어 중 하나에 대해 물리학 자들이 일한다는 것을 배웠습니다. 대학원이 저에게 적합한 지 확인하기 위해 샌디에고 캘리포니아 대학교에서 우호적 인 연구 그룹을 섀도 롭게했지만이 유행어를 공부하지 않았습니다. 그들은 달팽이, 벌레, 미생물의 운동과 같은 것을 이해하기 위해 고성능 수학을 사용했습니다.
나는 기회에 대해 감사했고, 그들이 연구 한 문제는 기본 물리학이 아니라 아름답고 흥미 롭다고 생각했습니다. 내가 그룹에 더 많이 참여함에 따라,이 차이는 정체성 위기로 성장했습니다. 이론적 물리학자는 예술가 나 운동 선수와 비슷합니다. Klee 또는 Peyton Manning에서 더 멀어지고 있다고 느끼면 재앙처럼 보일 수 있습니다. 나는 아인슈타인과 페인만이 잘못된 길을 거절하면서 나를 내려다보고 눈살을 찌푸 렸다고 느낄 수 있다고 생각했다.
미생물에 의한 인상적인 위업이 필요합니다. 그들이 원자를 스매싱하는 것만 큼 섹시하다는 것을 확신시키기 위해서는 전달하지 못했습니다. 일부는 우주 왕복선 발사보다 약 1,000 배 빠른 작은 바늘 또는 DNA 세그먼트를 촬영할 수 있습니다. 다른 사람들은 유전자 정보를 관련이없는 이웃과 공유하여 우리보다 몇 천년 더 나이가 많은 인터넷을 형성합니다. 많은 사람들이 1 백만 배 더 작았음에도 불구하고 우리를 오래 살아갑니다. 더 흥미로운 것은 미생물이 기본 운동을 통제하고 고전 물리학의 기둥 인 뉴턴의 법칙에 순종하지 않는다는 것입니다.
이러한 놀라운 사실은 내가 박테리아를 어떻게 인식했는지뿐만 아니라 물리학자가 된 것을 어떻게 정의했는지를 바꾸었다.
미생물은 우리와 근본적으로 다른 방식으로 유체 환경을 경험합니다. 우리는 특정 크기이기 때문에 물을 경험하고 특징적인 속도로 수영합니다. 물리학 자와 엔지니어는 주어진 속도로 흐르는 주어진 액체에 대한 관성 및 점도 (DRAR)의 상대적 중요성을 비교하는 Reynolds 번호로 물이 어떻게“느낌”을 느낄 수 있는지 설명합니다. 이 숫자가 클수록 더 중요한 관성은 드래그와 관련이 있습니다. 난기류 (스피드 보트 주변에서 볼 수있는 흰색, 고르지, 거품이 많은 물)는 레이놀즈 번호가 크면 적어도 수백입니다.
이것으로 당신은 인간 수영이 나와 같은 멍청한 수영 선수들에게 수천 미만의 숫자와 올림픽 선수들보다 더 많은 숫자를 특징으로한다는 것을 추론 할 수 있습니다. 박테리아의 경우 레이놀즈 수는 대략 0.001로 판명되었습니다. 그것은 관성이 우리 인간보다 그들에게 거의 10 억 배 덜 중요하다는 것을 의미합니다.
물에서 박테리아의 경험을 재현하려면 평균 크기의 사람은 당밀에 담그고 분당 약 1 센티미터로 수영해야합니다. 그들이 갑자기 멈췄다면, 그들은 멈추기 전에 1 밀리미터 미만의 해안을 할 것입니다. 즉, 해안 거리는 현미경으로 측정해야합니다. 해안에 소비 된 시간은 마이크로 초의 순서 어딘가에도 마이크로 초 빛의 번쩍임 사이의 시간입니다. 마찬가지로, 최고 속도로 여행하고 갑자기 멈춘 박테리아는 단일 원자의 크기에 대해 앙스트롬의 10 분의 1을 해석 할 것입니다. 낮은-레이놀즈 수 세계에서 1 년 동안 배영을 게으르게 수행하면 1 초 안에 뇌졸중을 완성하는 것만 큼 멀리됩니다.
관성이 더 이상 중요하지 않을 때, 질량, 가속 및 힘과 같은 용어는 의미를 잃습니다. 뉴턴의 제 2 법칙과 같은 진술 (힘 대량 시간 가속도)은 무의미합니다. 박테리아에 대한 뉴턴의 제 2 법칙은 0과 같습니다. 박테리아가 수영을 시작하면 거의 즉시 꾸준한 수영 속도를 얻고 멈출 때 즉시 잃어 버리기 때문에 가속도와 같은 것은 없습니다. 뉴턴의 첫 번째 법은 행동중인 반대가 행동 할 때까지 계속 움직이지 않고 터무니없는 일이된다. 모든 박테리아는 수영을하지 않으면 여전히 서 있다는 것입니다. 미생물은 무료로 움직일 수 없습니다. 모든 행동이 평등하고 반대의 반응을 가지고 있다는 Newton의 제 3 법칙은 더 이상 어떤 행동도 없기 때문에 융합의 무언가가됩니다.
.박테리아 세계에서는 관성의 존재를 거부 한 아리스토텔레스가 물리학을 더 잘 설명합니다.
나는 고전 물리학의 초석 중 하나를 깨뜨리는“발견자인 Van Leeuwenhoek”이라고 불리는 박테리아의 능력에 놀랐습니다. 이것을 보았을 때, 내가 섀도 잉의 머리는 1990 년대 노벨상 수상자 물리학 자들이 쓴 기사 세트로 나를 안내했다. 이 기사는 수영 미생물을 지배하는 물리학이 특정 아 원자 입자의 양자 역학을 지배하는 물리학과 동일하다는 것을 증명했다. 그들은 심지어 간단하고 콘크리트 (특정 조류의 속도와 궤적)를 Gauge Theory와 함께 학부생으로 인한 유행어 중 하나를 묘사했습니다. 박테리아가 게이지 이론에 의해 지배된다는 사실은 정확히 힘없이 움직일 수 있고 뉴턴의 법을 우회 할 수있는 것입니다.
그것은 물리와 수학뿐만 아니라 사회학과 정체성에서 나에게 또 다른 큰 교훈이었습니다. 나는 물리학 자들이 특정 물체를 연구하기 위해 제약을받지 않았다고 판단했다. 오히려 관심 분야에서 특정 도구와 사고 방식을 모든 종류의 대상에 적용하십시오. 게이지 이론은 양자 역학을위한 것이 아니라 미생물 및 우리 자신의 크기에 더 가까운 다른 물체를위한 것일 수도 있습니다.
UCSD 그룹의 엄청난 도움으로 박사 학위를 받았습니다. Brown University의 프로그램. 저의 새로운 동료들은 이론 물리학에서 수영, 창과 주름의 주름, 나무와 뼈의 형성과 같은 거시적 주제를 연구하기 위해 아름다운 도구를 적용했습니다. 비정상적인 장소에서 이론적 물리학의 구조를 인식하는 법을 배우는 법을 배우는 것은 미생물과 마찬가지로 인간이 뉴턴의 법을 초월 할 수 있다는 사실을 알게되었습니다.
Brown에서 첫해에 나는 Tai Chi가 대학원의 스트레스를 소멸시키는 것을 배우기 시작했습니다. 나는 내가 일하고있는 문제에 사로 잡혀 있었고, 낙서로 가득 찬 거대한 칠판을 쳐다 보면서 머리카락을 꺼내는 만화 과학자처럼되었습니다. Tai Chi는 놓을 수있는 능력과 특정 신비주의와 운동 적으로 부적절한 사람들에게 호소하는 능력을 광고했습니다.
최초의 훈련 중에, 나는 진정으로 긴장을 풀고 내 일을 잊어 버렸습니다. 그러나 나는 tuishou 로 알려진 일반적인 2 인 타이 치 운동을 소개했을 때 완전히 다른 혜택을 받았습니다. ,“푸시 핸드”(또는“푸시 핸드”)로 번역되었습니다. 그것은 공동 작업, 휴식을 목적으로 또는 경쟁적으로 수행 할 수 있습니다. 경쟁력있는 푸시 핸즈의 목적은 간단합니다. 경쟁사는 서로 마주하고 파업, 잡기, 허리 아래 또는 쇄골 위로 밀지 않고 서로 불균형을 시도합니다. 두 경쟁자의 재 배열은 매끄럽고 연속적 일 것으로 예상되며, 다른 낙관적 인 분야의 근육과 같은 근육의 헌금이 부족합니다.
손 훈련의 핵심은 근육이있을 때 포착하지 않고 오히려 상대를“공허함”으로 풀고 이끌어내는 방법을 배우는 것입니다. 상대방의 정렬을 조작하여 수신 푸시 또는 당기기가 실무자의 질량 중심에서 안전하게 리디렉션되도록합니다. 처음 단계에서는 신체의 어떤 구성 요소가 꽉 조여 있고 자신도 느슨한 곳을 식별하기가 어렵습니다. 태아 치 루틴을 공부하고 연습하는 데 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 모든 장력이 질량 중심에 직접 선을 제공하기 때문에 이것은 절대적으로 훈련의 구성 요소입니다. 강철 막대 (단단한 사지 또는 관절)가 기울기 구조 (몸통)에 위태롭게 부착되는 것과 같습니다. 막대가 늘어나거나 구부러지지 않기 때문에 누구나 막대를 밀거나 당겨 구조물을 아래로 당길 수 있습니다.
다음으로, 전향 적 푸시 핸즈 경쟁자는 다른 사람의 연락과 시력으로 이러한 압박감을 인식하는 법을 배워야합니다. 이것은 일반적으로 ting 의 기술을 훈련시키는 사전 정리 된 협력적인 푸시 핸즈 드릴에 의해 촉진됩니다. , 이는 듣기 를 의미합니다 - 상호 접촉 지점을 통해 상대방의 의도와 신체 정렬을 해석하기위한 학습. 이 기술의 가치는 너무 커서 참가자들은 계속해서 접촉하는 것을 낙담하지 않습니다.
푸시 손은 들어가는 힘을 소비하기 위해 몸을 움직이고 변형시키는 데 도전합니다. 힘이 없다는 것은 관성이 없음을 의미합니다. 관성이 없으면 질량과 관련된 용어를 정의하는 데 모호성이 있습니다. "질량 중심"과 같은 개념은 정의되지 않습니다. 상대방의 센터와 기계적으로 연결되어 있다고 느낄 수 없다면, 센터가 어디에 있는지 확실하게 말할 수 없습니다. 머리, 왼쪽 핑키 또는 다른 곳에있을 수 있습니다.
.이 모든 것이 데자뷰의 감각에 압도당했습니다. 마스크 뒤에서 친숙한 엿보기를 인식하는 것은 즉각적 이었지만, 처음으로 펜과 종이로 연구에 대해 생각하지 않았기 때문에 처리하는 데 시간이 걸렸습니다. 나는 팔, 손, 손가락, 발로 그것을 느끼고있었습니다. 마지막으로, 나는 깨달았다 :박테리아는 Tai Chi의 주인이었다.
전문가 태극권 실무자와 마찬가지로 박테리아에는 효과적으로 질량 중심이 부족합니다. 당신이 박테리아이고 다른 박테리아에 충돌하는 경우, 질량 중심이 머리에 있거나 편모에 있다고 생각하든 움직임은 동일합니다. 두 박테리아가 접촉 할 때 그들은 붙잡고 부착하며 서로 힘을 발휘하지 않고 움직입니다. 때때로 이러한 힘을 중화하려면 거의 무기한으로 오랫동안 함께 유지해야합니다. 어떻게 든 박테리아는 서로 힘을 발휘하지 않기 위해“움직일 방법을 알고있다”. 그것들은 중화의 마스터입니다.
그들은 또한 푸시 핸즈 실무자들과 마찬가지로 겉보기에는 불가능한 일을하고 있습니다. 모든 힘을 중화시키고 여전히 어떤 종류의 움직임을 달성합니다. 그들은 속도를 높이고 속도를 늦추고 한푼도 방향을 바꿉니다. 뉴턴은 세력이 없을 때 이런 일이 일어나지 않는다고 금지합니다.
힘과 운동 사이의 담론은 박테리아 수영과 푸시 손 사이의 한 가지 차이점을 가르쳐주었습니다. 푸시 핸드에서 우리는 결국 유리한 위치를 얻은 후 큰 힘을 발휘합니다. Muhammad Ali의 "Rope-a-Dope"기술과 같이 Tai Chi 외부에서도 비슷한 전략을 볼 수 있습니다. 링 로프의 탄력성을 사용하여 펀치를 준수하고 펀치를 타고 들어오는 에너지를 소비하여 후속 카운터 펀치에서 큰 힘으로 이어집니다. 문구에서, 실무자의 박테리아와 같은 운동은 이점을 극대화 할 때 정확하게 버려야했다. .
이로 인해 궁금하게 만들었습니다. 다 미생물은 태극권 실무자들로부터 무엇이든 배우고 있습니까? 그들이 갑자기 적시에 전략적으로 힘을 발휘할 수 있다면 어떻게 행동할까요? 이것을 이해하기 위해, 나는 그것들을 새로운 물리학에 소개해야했다. 처음에 나를 흥분시킨 수영의 게이지 이론은 이제 저의 짐승들을 서로에게 힘을 사용하도록 가르치는 데있어 주요 장애물이었습니다.
무술로부터 의이 예기치 않은 동기는 박사 과정의 주요 추력이되었습니다. 나는 그들의 물리가 약간 다른 박테리아에 대한 새로운 환경을 연구하기 시작했습니다. 이러한 환경에서는 비정상적인 형상 또는 단순한 형상의 비정상적인 유체와 같은 이러한 환경에서 박테리아는 작은 의약품을 조립하고 견인하거나 작은 엔진을 강화하는 것을 포함하여 인간에게 유용한 작업을 수행 할 수 있습니다. 푸시 핸즈 실무자가 우위를 얻었을 때 중화 규칙을 어기는 것처럼 기존의 물리학을 사전 프로그래밍 방식으로 분해하면 가능해집니다.
이와 같은 아이디어는 이제 여러 방향으로 여겨지며 결국 유용한 미세한 장치의 제작으로 이어질 것입니다. 고착 및 부착 후 박테리아가 물체와 분리되도록하는 힘을 유발하는 능력은화물을 견인 할 수 있습니다. 예를 들어 건강한 조직을 폭격하지 않고 전달되는 화학 요법 분자의 페이로드를 종양으로 직접 탑승시킬 수 있습니다. (박테리아는 우리의 도움없이 스스로를 분리 할 수 있지만, 메커니즘은 약간 모호하며 많은 다른 화학 물질을 분비하는 것입니다.) 또는 소규모 수영 선수 (천연 또는 제조)는 힘을 발휘할 때의 흐름으로 인해 거리에서도 복잡한 패턴으로 의약품 또는 다른 작은 분자를 조작하고 조립할 수 있습니다. 박테리아는 이런 식으로 일부 기본 성분으로부터 항암제를 조립할뿐만 아니라 종양으로 가져 가서 방출 한 후 치료가 완료 될 때까지 과정을 반복 할 수 있습니다.
.Tai Chi를 공부하는 것은 내 연구를 안내하는 것 이상의 일을했습니다. 그것은 내가 연구 방식을 변화 시켰습니다. 서구의 철학은 우주를 관찰자로 분리하는 경향이 있으며,이 둘 사이의 상호 작용은 거의 없다. 박테리아와 태극권은 서로에게 서로에게 알려주는 것을 보면서 연결에 집중함으로써보다 평등 주의적 방법에 대한 관점을 주었다. .
박테리아와 중국 무술 사이의 연결을 찾는 데 상당한 양의 순진함이 있습니다. 그러나 이런 종류의 순진한 것은 이론적 물리학이 어떻게 이루어 지는가의 핵심이며, 잠시 동안 그것을주는 것은 나를 더 깊은 무언가로 이끌었습니다. 나는 무언가의 초안과 초안을 쓰기 시작했다 , 신체 기술을 사용한 물리학 교육에 대한 미친 아이디어. 나는“물리학 에서 친구와 동료들에게 도망 치기 시작했습니다. 몸.” 나에게 타이 치, 박테리아, 게이지 이론의 수학적 아이디어 사이의 연결은 나의 관심사 나 큰 문제에 대한 나의 관심사들 사이의 무작위 연결보다 더 깊어 보인다.
나는 몸을 벡터로 고맙게 생각하게되었습니다 지식의, 책을 읽는 눈과 강의를 듣는 귀에 분리 된 소스. 그런 의미에서 그것은 우리가 가진 가장 접근 가능한 벡터입니다. 모든 사람은 몸을 가지고 있지만 모든 사람이 책이나 강의에 접근 할 수있는 것은 아닙니다. 나는 수학자들의 출처로 생각되는 모호한 아이디어가 적어도 비유를 통해 보편적으로 접근 할 수 있다고 생각합니다. 아 원자 입자가 왜 당신과 당신의 신체가 특정 방식으로 행동하는지에 특정한 방식으로 행동하는 이유를 연결할 수 있다면, 작은 세부 사항이 양탄자 아래에서 휩쓸려도 조금 더 잘 사는 세상을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 또는 더 나은 것은 아마도 당신을 원하게 만들 것입니다 이 세상을 더 잘 이해하려면
이 연결을 인식하면“물리학 자”라는 용어에 의해 반드시 묘사 된 것은 아닙니다. 그 단어는 사회학과 대중의 의견에 뿌리를 둔 바위와 열렬한 정의를 가지고 있으며, 나를 의심하게 만들었습니다. 과학자들이 관심을 갖는 것들의 종류는 이제 오랫동안 그러한 용어를 일식하고 있으며, 오늘날 분야는 사고 방식과 용어의 변화가 필요합니다. 이 새로운 사고 방식은 새로운 이름을 가져야합니다.“사상가”는 전적으로 너무 소박하므로“커넥터”를 선택할 것입니다.
.커넥터는 사물 사이의 연결을 알아 차리는 사람입니다. 연결은 아마도 물리학에 가장 귀중한 기술이며, 많은 영웅들이 소유 한 사람은 아마도 많은 영웅들에 의해 소유 된 것입니다. 민속 문학은 Cornell Dining Hall에서 접시를 회전시켜 수프와 함께 브라운 모션 이론의 측면을 발견하여 Plate의 양자 전자 동력의 원리를 발견하는 Feynman이 수프와 놀아서 브라운 모션 이론의 측면을 발견하는 것에 대한 혐의로 가득합니다. 과학적 발견은 개인적인 이야기로 싸여 있습니다. 때로는 수백 시간 동안 칠판을 쳐다 보는 것만 큼 지루하지만 볼링 중에는 샤워에서 발생하는 작은 획기적인 혁신이 있습니다.
.이러한 작은 연결은 거의 출판물로 만들지 않으며 노벨 수락 연설에서는 거의 논의되지 않습니다. 그러나 어떤 의미에서 이야기의 가장 중요한 부분은 그들이 가장 인간화되고 접근하기 쉬운 것이 아니라 과학 발전의 본질을 반영하기 때문입니다. 그리고 그것이 사실이라면, 우리의 quotidian 활동은 우리가 첫 번째 별이 어떻게 태어 났는지 추측하기 위해 원자를 함께 부수고 생각하는 것만 큼 다르지 않습니다. 음과 양처럼, 그들은 보통 우리가 알아 차 든 관계없이 함께갑니다.
Madison Krieger는 최근 박사 학위를 받았습니다. Brown University에서 공학적으로 현재 Evolutionary Dynamics를위한 Harvard 's Program의 박사후 연구원입니다.
참조
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