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湍流和癌症

已有 3470 次阅读 2017-8-22 13:49 |个人分类:科研杂感|系统分类:观点评述| 癌症, 湍流

   在杂乱的流体中,硕大的涡旋分裂成一串小涡旋,这些小涡旋又分裂成更小的涡旋,一代一代传下去,好像永不停歇。在分裂的过程中,大涡旋的能量完整的传给小涡旋,一点也不耗散浪费掉,直到非常小的涡旋再也无法抵抗耗散的魔力,从此消弭无踪。湍流一层层的分裂虽然不耗散能量,但分裂时把能量分散的更弱,从而加速了能量的耗散,这就好像是一种拒绝耗散的强耗散现象。

   在癌症病人的体内,癌症也展现出一种拒绝死亡的强死亡现象。癌细胞摆脱了生命的时钟,永不停歇的分裂生长,追逐人类的终极梦想——永生。然而,有限的生存空间容不下这些不死的细胞,追逐永生的梦想必定埋葬在宿主的加速死亡中。

   湍流是一种司空见惯的现象,但是直到一百年前人们才意识到它的独特魅力,将它归入科学研究的日程表。然而,一百年过去了,我们对湍流的本质仍知之甚少,我们甚至不能确定是否触碰到了他的神秘面纱。

   癌症其实也是一种古老的疾病,癌症的历史可以追溯到2500年前的波斯帝国时期。也是一百多年前,人们才注意到致命肿块的共同特征,癌症开始作为一种陌生的古老疾病进入公众的视线。又是一百年过去了,我们也许可以说对癌症的本质有所了解,但那种感觉很像看浓雾环绕的群山,大致轮廓有了,还缺少很多细节。癌症还远远谈不上治愈,他仍然以其可怕的致死率和飘忽的特性,折磨着我们所有人的神经。

   你如果是湍流研究专家,你一定是物理学研究的全才,因为人们把上个世纪物理学许多重要的智识发现都用在湍流上了。分形、混沌、稳定性分析、重整化群理论、自组织临界和相变理论、信息论、协同学、耗散理论等等,很多新理论和新工具刚一研究出来,就迫不及待地拿来试试湍流能不能用。

   同样的,上个世纪很多生物学、化学和物理学的划时代发现,也很快用来发明抗癌工具和理解癌症。X射线、化学疗法、CT扫描、核磁共振、DNA、癌症病毒、癌症基因、基因剪刀等等,生物学或影响生物的任何知识,在饱受癌症折磨的病人身上试了个遍。

   湍流和癌症这种看似巧合的相似是偶然的吗?他们背后有没有一致的物理本质呢?湍流的宏观表现多种多样,如边界层湍流、剪切流、热力湍流、转筒湍流等等。似乎人们要为家里看到的每一个湍流现象,不论是扫地引起的灰尘飞扬,还是洗衣服时搅动不安的水流,都要写厚厚的一本书来记录其特征。可是,一旦深入到湍流的微观尺度,其运动又表现出令人惊讶的一致性。湍流似乎总在独特性和普遍性之间摇摆。

   癌症也是如此,每种癌症的外在表现和致命性非常不同。谁会想到液态的血液白血病和胃部的恶性肿块是同一种病呢?可是在微观上,它们都是基因编码微不足道的笔误导致的细胞恶性增长。癌症也像湍流一样经常在独特性和普遍性之间转换角色。

   当第一个细胞种的基因出现失误的时候,他是怎么把这个失误一步步放大,最后变的一发不可收拾?流体在从规则流体转变为湍流的时候,是怎么从局部的一个不协调的混乱变成整体的混乱的呢?也许有一天,我们能看到物理学家站在生理学或医学诺奖领奖台上或生物学家站在物理学领奖台上。

   最后,我们还应该意识到,正是湍流和癌症的难以理解,反而成就了人类世界最没有边界的两大交叉学科。在这里,人类充分展现了其想象力和创造力!




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