牛顿第三定律告诉我们，每一个动作都会有一个大小相等方向相反的反作用力。400 年来，它一直让我们感到安心，它解释了为什么我们不会从地板上掉下去（地板也会向上推我们），以及为什么划桨可以让船在水中滑行。当一个系统处于平衡状态时，没有能量进出，这种相互作用是规则。在数学上，统计力学优雅地描述了这些系统，统计力学是解释对象集合如何表现的物理学分支。研究人员能完全模拟导致物质相变的条件，相变是指物质从一种状态转变为另一种状态，例如水结冰时。

但是很多系统存在并持续远离平衡状态。最明显的例子是生命本身。新陈代谢使我们失去平衡，新陈代谢将物质转化为能量。尸体才是进入平衡状态的人体。

在此类系统中，牛顿第三定律毫无意义。相等和相反分崩离析。芝加哥大学凝聚态理论家 Vincenzo Vitelli 表示：“想象一下两个粒子，A 与 B 相互作用的方式和 B 与 A 不同。”这种非互易关系出现在神经元网络和流体中的粒子等系统中，甚至在更大范围内出现在社会群体中。例如捕食者吃猎物，但猎物不吃它的捕食者。

对于这些不符合规则的系统，统计力学无法表示相变。在平衡之外，非互易性占据主导地位。成群结队的鸟儿展示了这条法则是多么容易被打破：因为它们看不到身后的东西，所以个体会根据前面的鸟儿改变它们的飞行模式。因此鸟 A 与鸟 B 的交互方式与鸟 B 与鸟 A 不同；这不是互易的。在高速公路上飞驶的汽车和陷在堵车里的汽车同样是非互易的。超材料从结构而不是物质中获得特性，使用超材料的工程师和物理学家利用非互易元素来设计声学、量子和机械设备。

许多此类系统都处于不平衡的状态，因为各个组成部分都有自己的动力来源——细胞用 ATP，汽车用汽油。但是所有这些额外的能源和不匹配的反应构成了统计力学无力应对的复杂动力系统。我们如何分析这种不断变化的系统中的相？

Vitelli 和他的同事从被称为异常点的数学对象中看到了一个答案。系统中的异常点通常是一个奇点，即两个或多个特征属性变得无法区分并在数学上合二为一的点。在异常点，系统的数学行为与附近其他的点截然不同，异常点通常描述系统中的奇怪现象——比如激光——其能量不断地获得又失去。他们发现，这些异常点也控制着非互易系统中的相变。异常点并不新鲜。几十年来，物理学家和数学家在各种环境中对它们进行了研究。但它们从未如此普遍地与这种类型的相变联系在一起。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家 Cynthia Reichhardt 表示：“之前从没人想过在非平衡系统的背景下使用它们。所以你可以带上我们拥有的、所有关于异常点的工具来研究这些系统。”

NASA 的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）是工程学上的奇迹，它旨在“触摸太阳”并揭示恒星最深的秘密。帕克于 2018 年 8 月发射，这个耐高温航天器过去三年一直在缓慢地潜入太阳系中炽热的“地狱”，并在此过程中研究其磁场和粒子物理。这是一次成功的旅程，探测器一直在创造速度纪录。2020 年，它成为了有史以来最快的人造物体。但帕克探测器也得到了超高速后果的教训：不断受到太空尘埃的轰击。

太空尘埃是太阳系以及宇宙其他行星系统中的普遍元素。由小行星和彗星产生的微小尘埃颗粒，只有人类头发的四分之一宽，它们被锁定在太阳周围永远舞动。帕克以几乎不可思议的速度绕着太阳旋转，不断与这些颗粒碰撞，当它们撞击金属体时，它们会升温、蒸发和电离，变成等离子体。

帕克探测器正以如此快的速度受到尘埃的轰击，以至于它的身体正在不断经受等离子爆炸。科罗拉多大学博尔德分校大气与空间实验室（LASP）和约翰霍普金斯大学应用物理实验室的一组科学家使用 Fields 和 Wispr 研究了影响的严重程度。Fields 是该探测器用于测量磁场的仪器，Wispr 是一种可以拍摄太阳照片并研究日冕中电子密度的成像设备。

科学家展示了棕榈油中发现的脂肪酸如何促进癌症的扩散，这项工作可能为新的疗法铺平道路。在小鼠身上进行的研究发现，棕榈酸会促进口腔癌和皮肤癌的转移。未来药物或精心设计的饮食计划可能会瞄准这个过程，但研究团队告诫患者不要在没有临床试验的情况下节食。该研究提供了新的证据证明饮食可被用于增强现有的癌症治疗，因为肿瘤细胞过度依赖某些营养素，或者在转移等关键阶段需要它们。

该研究建立在同一团队之前的工作基础之上，表明在肿瘤内部，只有一小部分细胞有能力离开肿瘤，到达其他器官并在安定下来，从而实现扩散。这些专门的癌细胞似乎特别依赖脂肪酸，最新的研究将范围缩小到棕榈酸，棕榈酸存在于棕榈油之中，但也存在于黄油和橄榄油等多种食物之中。发表在《Nature》杂志上的研究发现，当在小鼠的饮食中补充棕榈酸时，口腔癌和皮肤癌更容易扩散。其他被称为油酸和亚油酸的脂肪酸——在橄榄油和亚麻籽等食物中发现的 omega-9 和 omega-6 脂肪——没有表现出同样的效果。所有受试的脂肪酸都不会在一开始就增加患癌症的风险。研究表明，接触棕榈酸会导致癌细胞基因功能发生变化，从而使它们能感知脂肪酸并更有效地使用它们。棕榈酸的存在似乎也使癌细胞进入“再生状态”，使它们能在肿瘤之外形成信号网络，众所周知，这是扩散的关键步骤。

自 2015 年激光干涉引力波天文台（LIGO）首次观测到黑洞合并以来，天文学家一再对其巨大的质量感到惊讶。尽管不发光，但是通过引力波，我们观察到黑洞合并。引力波是爱因斯坦广义相对论预测的时空结构中的涟漪。物理学家最初预计合并事件涉及的黑洞质量不到太阳的 40 倍，因为黑洞源自大质量恒星，如果太大将无法合并在一起。然而 LIGO 和 Virgo 天文台发现了许多质量大于太阳 50 倍的黑洞，有些黑洞的质量达到太阳的 100 倍。关于如此大的黑洞的形成场景，科学家提出了无数设想，但没有一种能解释迄今为止观察到的黑洞合并的多样性，而且对于哪些形成场景的组合在物理上具备可行性也没有达成一致意见。一项发表在《Astrophysical Journal Letters》上的新研究首次表明，大小黑洞的质量都可以通过一条路径产生，即黑洞从宇宙本身的膨胀中获得质量。

天文学家通常在无法膨胀的宇宙中模拟黑洞。夏威夷大学马诺阿分校物理和天文学系教授 Kevin Croker 表示：“这是对爱因斯坦方程简化的一个假设，因为一个不增长的宇宙要跟踪的东西要少得多……不过这是一种取舍：预测可能只在有限的时间内是合理的。”由于 LIGO-Virgo 可检测到的单个事件仅持续几秒钟，因此在分析任何单个事件时，这种简化是合理的。但是这些相同的合并可能需要数十亿年的时间才能完成。一对黑洞的形成到最终合并期间，宇宙极大地膨胀了。如果仔细考虑爱因斯坦理论中更微妙的方面，就会出现一个惊人的可能性：黑洞的质量可能与宇宙同步增长，Croker 和他的团队将这种现象称为宇宙耦合。宇宙耦合最著名的例子就是光本身，它随着宇宙的增长而失去能量。论文合作者、夏威夷大学马诺阿分校物理学和天文学教授 Duncan Farrah 表示：“我们考虑过相反的效果。如果黑洞会宇宙耦合，并且不需要消耗其他恒星或气体就能获得能量，那 LIGO - Virgo 会观察到什么？”

亚利桑那大学领导的一项研究重建了地球自最后一个冰河时代（大约 24,000 年前）以来的气候，研究凸显了气候变化的主要驱动因素以及人类活动对气候系统的影响程度。研究论文发表在本周的《Nature》杂志上， 它有三个主要发现： 1. 它证实了自最后一个冰河时代以来，气候变化的主要推动因素是温室气体浓度上升和冰盖退缩。 2. 它表明了过去10,000年的总体趋势是变暖，终结了古气候学界对这一时期在是变暖还是变冷的长达十年的争论。 3. 过去 150 年变暖的幅度和速度远超过过去 24,000 年的变化幅度和速度。

重建过去的温度有不同的方法。研究团队结合了两个独立的数据集——来自海洋沉积物的温度数据和对气候的计算机模拟——以创建更完整的过去图景。研究人员研究了海洋沉积物的化学特征，以获取关于过去温度的信息。由于温度随时间的变化会影响早已死亡动物的壳的化学成分，因此古气候学家可以使用这些测量值估计某个地区的温度。它不是一个完美的温度计，但它是一个起点。另一方面，计算机模拟气候模型根据科学家对气候系统物理学的最佳理解提供温度信息，它也并不完美。该团队决定将这两种方法结合起来，以利用每种方法的优势。这种做法被称为数据同化，也常用于天气预报。该团队正致力于使用他们的方法来研究更久远过去的气候变化。

在 NASA Crew-3 载入飞行任务发射入轨前，国际空间站采取机动措施躲避风云一号卫星碎片。2007 年的反卫星弹道导弹试验将退役的风云一号炸成了 3000 多块碎片，这些留着轨道上的太空垃圾会影响到在附近运行的太空设施，而国际空间站本周运行到了受影响区域，NASA 和俄罗斯航天局合作点燃了空间站上的引擎将其高度提高 1 英里，确保宇航员的安全。