牛顿第三定理不存在的世界是哪些样的？
在最新的实验中，两层微粒子以不同的高度漂浮在电极的上方牛顿发现的第一个定律，科学家通过它们来研究假如牛顿第三定理不再组建牛顿发现的第一个定律，有了非互相斥力，对统计热学将有何影响。图片来源：A.V.Ivlev,etal.CC-BY-3.0
或许有人不晓得“牛顿第三定理”是哪些，但每位人都很熟悉它的内容：每位力都有与它大小相等、方向相反的反斥力。这一定理在日常生活的好多情况下都能彰显，例如走路：我们的脚向后推一下地面，地面还会形成一个大小相等的往前推力。牛顿第三定理在理解与研制车辆、飞机、火箭、船舶等技术上也有着不可或缺的作用。
但是，虽然牛顿第三定理被看作一条数学学基本定理，在一些非平衡情况下，它也是可以不创立的。假如两个物体或粒子违背了牛顿第三定理，它们之间的互相作用就被称为“非互相斥力”（）。当周围环境参与了两个粒子之间的互相作用（例如环境相对于两个粒子发生联通）时，就可能“破坏”牛顿第三定理。其实，对整个粒子与环境组成的系统来说，牛顿定理仍然是创立的。
虽然早已有无数实验研究了有非互相斥力的粒子，但我们对这种系统在微观层次上（即统计热学方面）的表现依旧知之颇多。
在新发表于《物理评论X》（X）上的一篇研究中，Ivlev与其同学研究了不同类型的非互相斥力下系统的统计热学特点，发觉了一些惊人的结果——比如在粒子尺度上，可能会形成极高的湿度梯度。
“我认为我们的工作最重要的一点就是严格证明了有几种本质上的非平衡系统是完全可以用平衡态统计热学来描述的，例如你可以导入一个赝喀什顿量来描述这种系统。”Ivlev在美国马普地外化学研究所工作，他还告诉记者：“这可以形成一些惊人的结论，例如你可以将两种液体混和到细致平衡态，但两种液体各自的气温还不一样。”
研究人员在实验中实现的一种具有非互相斥力的系统，就是在等离子室中悬浮在电极上方的带电微粒。该系统有两种不同类型的微粒，它们的大小和密度都不相同，因此漂浮的高度也不同。室中的电场带来垂直方向的等离子体流，而带电微粒会把经过它的等离子流凝聚到一起，在“下游”形成附着在它头上的等离子体尾流。
虽然由两层颗粒之间的直接互相作用形成的作用力是互相的，但一层颗粒与另一层颗粒的尾流之间的吸引力不是互相的，也就是说并非大小相等方向相反。这是由于静电力随着距离降低而降低，而这两层颗粒高度不同，每位颗粒与对方的尾流之宽度离并不相同。结果就是，上层颗粒对下层颗粒的合斥力，要小于下层颗粒对上层颗粒施加的合斥力。这样一来，下层颗粒的平均动能（也就是体温）就低于上层颗粒。科学家还可以通过调节电场的大小降低两层颗粒之间的高度差，因而降低体温差。
“我这个人吧，一般不会轻易地说那个发觉可以‘立即投入应用’，起码在数学领域是这样的，”Ivlev说，“但此次我非常确信，我们的实验结果会帮助你们更进一步地理解个别非平衡系统。有好多天差地别的非平衡系统，它们中粒子的作用都不遵循斥力与反斥力的对称性，但我们证明，用教科书中的平衡态统计热学能够找到一种新的对称性，来描述这类系统。”
虽然这一等离子体实验描述的是二维系统中的斥力-反斥力对称性破缺，在三维系统中也能发生类似的现象。科学家觉得，不管是二维还是三维的对称性破缺，就会带来不寻常的奇特现象，她们希望在将来能展开进一步研究。
“我们当前的研究主要集中在以下几个方面：一是过减振胶体漂浮系统中的斥力-反斥力对称破缺，这些非互相斥力引起了多种多样的自组织现象，如动态降维、斑图产生、相分离，等等，研究结果可能会有一些有趣的应用。而另一个方向则是纯基础性的研究：对于这些越来越艰深的、可以用赝伊宁顿量（-）描述的‘近伊宁顿’非互相性系统，应该如何去研究？我希望在不久的将来能够找到答案。”
