第十二章 节 神奇的双螺旋(2/4)

c2+2)1/2(10)

对于自由空间中的匀速运动,(8)式中的η=0,并且是常数,由此而来,(8)式右端的第一项等于0.以及ξ是常数。于是,把(9)式代入(8)式便可以得出:

d2/dt2=k[2c2/(c2+2)]μ(11)

再把关系式=c/(c2+2)1/2(12)

代入上式,则有:d2/dt2=k2μ(13)

我们用曲率半径=1/k代入上式,则有:

d2/dt2=(2/)μ(14)

这就是“匀速圆周运动”的基本公式。这一结果表明:在一个与外界没有任何联系的封闭的自由空间内,物体的绝对线速度和相对加速度都是常数,且其方向指向圆心。它的运动轨迹则是一个封闭的圆周。当体系本身具有恒定的初速度0时,它的运动轨迹就是一条等螺距的螺旋线。

第二,粒子在均匀引力场(η=onst.)中的运动

按照(9)式,则有:dt*2/dt2=ξ2=c2/(c2+2)(15)

在η等于常数的情况下,将(15)式代入(8)式,并引入相对加速度符号a(t)=d2/dt2,得出:a(t)=ηc2/(c2+2)+μkc22/(c2+2)(16)

然后,再引入符号2/=公2,以及自2r=(η2/2),其中,公为粒子的公转频率,自为粒子绕着质心“自旋”的角频率,r代表微观粒子本身的半径,则上式就可以改写成:

a(t)=(自2r)+(公2)μ(17)

这就是在均匀外力作用下(η≠0),微观粒粒子的运动方程。不难理解,如果没有这种均匀外力的作用,微观粒子就不会具有自旋分量,即上式中的第一项。

在上式中,如果把第一项代表切线方向的相对加速度,第二项代表了主法线方向的相对加速度。而切线方向的相对加速度代表着微观粒子的“自旋”,而主法线μ方向的相对加速度代表着微观粒子的“公转”。这两种加速度的合成结果,导致微观粒子在前进运动的同时,伴随着自旋以及绕着前进方向为轴线的公转,其轨迹是一条螺旋线。

不言而喻,所有化学元素的分子,例如氮()、氢()、碳()的分子等都是微观粒子,因此,它们一定会呈现螺旋式的运动状态。同理碳水化合物所构成的蛋白质分子必然会出现螺旋状的结构。

而核苷酸的类型与双螺旋结构的原因:

根据微分几何的理论结果,我们知道

d2/dt2=d2s/dt2+μk(ds/dt)2(18)

以及d2/ds2=kμ(19)

现在,我们把上式的二阶导数d2/ds2再对具有“内蕴意义”的参数“s”微分,就得出了它的三阶微分关系式。不过,这里并不是直接把二阶导数d2/ds2=kμ对特别参数“s”进行微分,而是把这个式子右端的矢量μ和曲率k的乘积进行微分。由于从这里出发会使问题大为简化,所以,我们的讨论将从对矢量μ的微分开始,然后所得出的不变式来表示三阶导数d3/ds3、以及d3/dt3。不过,这里不准备进行具体的分析与讨论,而是直接地引用微分几何的理论结果(参见[3],第6972页),写出三阶微分邻域的不变式如下:

d/ds=kμ;dμ/ds=-k+ζβ;dβ/ds=-ζμ(20)

其中,β是副法线方向上的单位矢量。它的方向垂直于由和μ相交后所构成的平面。上式中各公式的符号是选择了“右旋坐标系”时的情况。倘若是改为“左旋坐标系”,对于曲线(t)的定向运动来说,在切矢量改变方向时,在切线单位矢量与
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