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《暗黑世界之永生之门》 第一篇 《重返微星》 第二章 《木神之音》第十二节 神奇的双螺旋(2 / 2)

按照(9)式,则有:dt*2/dt2=ξ2=c2/(c2+υ2)(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)=d2M/dt2,得出:a(t)=τηc2/(c2+υ2)+μkc2υ2/(c2+υ2)(16)

然后,再引入符号V2/ρ=ω公2ρ,以及ω自2r=(ηV2/υ2),其中,ω公为粒子的公转频率,ω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)=(ω自2r)τ+(ω公2ρ)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τ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(N)、氢(H)、碳(C)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

d2M/dt2=τd2s/dt2+μk(ds/dt)2(18)

以及d2M/ds2=kμ(19)

现在,我们把上式的二阶导数d2M/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d2M/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d3M/ds3、以及d3M/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,写出三阶微分邻域的不变式如下:

dτ/ds=kμ;dμ/ds=-kτ+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τ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M(t)的定向运动来说,在切矢量τ改变方向时,在切线单位矢量τ与主法线单位矢量μ确定的旋转方向下,公式(20)所确定的副法线单位矢量β将改变自己的正方向。所以,由方程(20)所确定的不变式“ζβ”也随之改变符号,即:由(+ζβ)变成了(-ζβ);为了保持曲线M(t)的不变式ζ的符号,必须在公式(20)中改变矢量“β”的符号。这样一来,在左旋的坐标系中,相伴三面形单位矢量导数的“基本关系式”可以写成下列的形式:

dτ/ds=kμ;dμ/ds=-kτ-ζβ;dβ/ds=-ζμ(21)

其中,“ζ”是曲线的“挠率”,而r=1/ζ是曲线的“挠率半径”。其中,符号“ζβ”的“正”与“负”,代表着参数相同的两个粒子之间的“自旋方向”刚好相反。

下面,我们取dβ/ds=0,——它代表着微观粒子的自旋轴的方向始终平行于粒子的前进方向,且β的数值不跟随着粒子的运动路程而变换。结果,上式就可以化成:

dτ/ds=kμ;dμ/ds=-kτ-ζβ(22)

上式表明,刚体的任何运动都可以分为两个部分:一是远离坐标原点的平行移动;二是绕固定轴的转动。换言之,在每一个给定的瞬间,物体的运动都是由两个基本的运动所组成:第一,平移——此时物体在每一给定的时间内,它的各个部分都具有相同的运动速度。第二,转动——此时物体上的某一条直线固定不动,而物体的其它部分则绕着这个固定的直线旋转。而这种旋转可以分成两个部分,一个是绕着固定旋转轴的“公转”,另一个是绕着粒子质心的“自旋”。正如(17)式所示,第一项代表着粒子围绕着质心的“自旋”;而第二项代表着围绕前进方向的“公转”。

当粒子在前进(dτ/ds>0)、或后退(dτ/ds<0)的过程中,相伴三面形T(M,τ,μ,β)的顶点M都同时包含着“平移”和“转动”两个方面。这里所包含的平移和转动,总共可以分成四种情况,分别由下列四个关系式来单独地确定:

dτ/ds=kμ;dμ/ds=-kτ+ζβ;…………

dτ/ds=kμ;dμ/ds=-kτ-ζβ;…………②(23)

dτ/ds=-kμ;dμ/ds=kτ-ζβ;…………③

dτ/ds=-kμ;dμ/ds=kτ+ζβ;…………④

在上述四个关系式中,曲线上的每个动点M联系着一个相伴三面形T(M,τ,μ,β),它是由曲线上对应点发出的“切矢量”、“主法线矢量”、“副法线矢量”所构成的“直角三面形”。这些关系式不仅给出了平移的“正方向”与它的“反方向”,而且给出了每种情况下的转动。单纯地就转动而言,这些公式一方面给出了“左旋公转”与“右旋公转”的情况;另一方面给出了顶点M围绕着自己的质心“左旋自旋”与“右旋自旋”的情况。当相伴三面形的顶点M移动时,动点M所描绘的运动轨迹就肯定是一条螺旋状的曲线。值得指出的是,在粒子构成的“自旋”中,η≠0是至关重要的。正是基于自旋的存在,所以才能出现以上四种独立的运动类型。这里,如果我们把η≠0看成是地球引力场的作用,那么,上式所代表的自旋一定与引力场的性质有关。

普遍的规律,对于两个基本相同的粒子来说,只有它们的自旋相反时,才能发生“耦合作用”而成对地出现。并且,只有自旋相反的粒子之间实现了耦合,其状态才是最稳定的状态。稳定态的核苷酸分子总是成对地耦合在一起,考虑到每个核苷酸分子的运动轨迹都是螺旋式的结构形状,那么,由这些成对存在着的核苷酸分子所构成的DNA分子,就必然具有双螺旋式的结构特征。

另外,由于粒子的自旋运动来自于所在星球的引力特征,所以,地球上生物的DNA分子,在一定程度上受到了地球引力的影响。

为了形象的理解上述观点,我们不妨反过来思考,即从DNA分子的双螺旋结构中,反过来考虑微观粒子螺旋式的运动状态。广义时空相对论业已证明,只有这种螺旋式的运动状态,才能体现出微观粒子“波动性”与“粒子性”的对立统一。——即微观粒子的“波粒二象性”。如果不是这种运动状态,将难以解释微观粒子的“波粒二象性”。实际上,这种理解方法在物理学中被经常地运用。例如,在中学物理中,人们就是利用“铁粉”在磁场中的分布状况,来证实“磁力线”的存在。因为磁力线本身是看不见的,所以人们只好通过铁粉在磁场中的分布状态,来间接地证明磁力线本身的分布状况。

再者,由于只有那些自旋相反的核苷酸分子才能够相互耦合而成对地出现,并且这些自旋相反的核苷酸分子的耦合结果只能具有以下四种可能,因此说,所有核苷酸分子只有T、L、B、M四种类型。为了明确,我们把(23)式中的四个式子间的可能耦合列成下表。

耦合条件公转方向相同公转方向相反

自旋方向必须相反—②,③—④—③,②—④

上表列出了核苷酸分子各种可能的耦合关系。从上表所列出的耦合关系可以看出,核苷酸分子的耦合情况只能是表中所列出的“四种组合”,即:—②,③—④,—③,②—④。在给定的、均匀的引力场中,这四种结构特征应该是唯一的。

所以,地球上生物体的DNA分子只能有四种类型,并且这四种类型DNA分子的自我复制功能也是唯一的。进一步地考虑,生物体的遗传特征,在一定的程度上取决于所在星球上的引力特征。改变引力场,有可能改变DNA分子的形状。

所以,上述描述说明,一是蛋白质分子螺旋结构特征的力学原因;二是核苷酸分子成对出现的力学原因;三是由于核苷酸分子的成对出现,所以DNA分子必定是双螺旋结构;四是由于同种核苷酸分子的耦合只能有四种情况,所以导致了DNA分子只能有四种类型,以及它们唯一的自我复制功能。

而通过蛋白质分子的螺旋结构和DNA的双螺旋结构特征,反过来证明了微观粒子的运动形态的螺旋式特征,也真正体现出微观粒子的波动性与粒子性的统一。

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