但是相比于水或者磁体，甚至是培养在一个培养皿中的相同的细胞这种均质材料，癌症处于极度无序的状态。不同的癌症因为病人的个体差异及发病器官的不同而有极大的差别，即使单个肿瘤也会包含形状大小及蛋白质组成各异的多种细胞，种类之多令人惊讶。癌症的这种复杂性，也使生物学家怀疑用普遍的理论框架来描述癌症的可行性，然而这种复杂性并没有使物理学家放弃对普适理论框架的探求。物理学家Krastan Blagoev说：“生物学家的训练通常在于发现复杂性与差异性，然而物理学家的目标却是试图发现事物的共同点，并从共性中提取出行为。” Blagoev领导着美国国家科学基金会的一个项目，着力于生命系统中的理论物理学研究。

　　1998年，美国宾夕法尼亚大学的物理学家Andrea Liu和芝加哥大学的物理学家Sidney Nagel 在Nature杂志上发表了一篇论文以解释 “拥堵”过程。在文章中，他们描述了大众所熟知的例子，比如交通拥堵、沙堆、卡在漏斗中的咖啡豆等等，在这些例子中，个体都是因为外部力量而聚集在一起以至于看起来像一个整体。对于拥堵现象，Liu和Nagel提出了一个大胆的前所未有的想法：拥堵其实是一种之前没有被发现的相变。这一观点在经过十年的争论后，现在终于被物理学家所接受。

　　虽然Liu和Nagel的文章并不是第一篇提到“拥堵”概念的科学文献，但是这篇文章却在物理学家间激起不小的波澜（文章已被引用超过1400次），Fredberg称之为“一场暴雨”。 Fredberg意识到，他大半个职业生涯都在研究的肺组织细胞，其紧密排布的方式与咖啡豆和沙粒堆集的方式很像。2009年，Fredberg和他的同事发表了一篇论文，首次指出“拥堵”可以使细胞在组织中一直处于恰当的位置，而一旦转变为非拥堵状态，就会使一些细胞移动，这可能暗示了哮喘和其他疾病的成因。

　　越来越多的科学家认识到，除了遗传之外，力学因素对于细胞行为也起着重要的指导作用，Fredberg和同事发表的论文正是其中的代表。Fredberg说：“人们曾经一直认为，在决定细胞行为的一系列因素中，力学规律处于最下游，最上游的决定因素是遗传学与表观遗传学因素。但是后来人们发现，物理外力和力学过程实际上可能位于遗传因素的上游，也就是说，细胞可以很好地感知它们周围的力学微环境。”

　　美国雪城大学的物理学家Lisa Manning读了Fredberg的文章后，决定实践他的这一想法。她和她的同事利用了一个二维模型，在该模型中，细胞间紧密接触，填充了整个空间。这一模型产生了一个序参量（指量化材料内部有序程度的可测量数值），她们称之为“形状指数”（shape index），形状指数将细胞的一个二维切面的周长与它的总表面积联系在一起。Manning说： “我们做了一个非常严格的预测：当形状指数小于或等于3.81时，组织呈固态，当形状指数大于3.81时，组织呈液态。之后我请Jeff Fredberg检验我们的这一预测，Jeff Fredberg做了实验，实验结果与预测非常吻合。”

　　Fredberg观察到，形状指数大于3.81的肺部细胞开始移动，在拥挤的细胞间推挤着前进。Fredberg说：“Manning的预测来源于纯粹的理论与思考，这确实是一个非常惊人的物理理论验证过程。” 美国癌症研究所肿瘤物理学项目的官员了解到这一结果，就鼓励Fredberg用癌细胞做类似的分析。该项目资助了Fredberg，目标是寻找乳腺癌细胞的“拥堵”特征。

　　细胞中的“交通拥堵”现象：如果细胞紧密堆集，那么它们就会像汽车和咖啡豆一样，被挤到一个固定的位置。“形状指数”定量刻画了细胞的形状，可用于判断细胞是处在“拥堵”状态还是“非拥堵”状态。球形、对称的细胞拥有较小的形状指数，因而会保持在较为固定的位置，而椭圆形、不规则的细胞则拥有较大的形状指数，因而可以移动。

　　与此同时，德国莱比锡大学的物理学家Josef Käs也在试图探究“拥堵”是否可以帮助解释癌细胞的一些令人费解的行为。他从自己的和他人的研究中发现，虽然乳腺肿瘤和宫颈肿瘤的大部分呈固态，但是它们内部仍包含柔软、可移动的细胞组织，这些细胞会渗入周围的环境。Käs立刻想到，如果这些癌细胞的流动确实是由非拥堵相变引起，就能产生一个潜在应用：利用基于肿瘤细胞拥堵状态检测的活体检查，或许就能鉴定出肿瘤是否即将转移，而不必再利用已使用近一百年的目视检查手段。