绳子的学问

作者：wasqaz

绳子是大家常用的东西，司空见惯，平淡无奇。但是如果我告诉你，现代分子生物学的基础之一，就是绳子模型和以绳子的动力学为核心的理论， 你是不是觉得我在瞎扯？你先别急， 等我慢慢和你讲那绕指柔绳的复杂。
如果一个魔术师，笑呵呵把自己用绳子绑了个结实，看起来不可能在几秒钟就解开， 然后让你把他推到水槽里, 你怎麽识破他的把戏？虽然你知道，有的结很难解开， 而有的结一拉就开了，但是如何判定这个绳结的解开的难易，却是困扰数学家很久地问题。我们可以把那堆绳子摊在平在地上，仔细研究一下。看起来虽然很乱，但是你如果有足够耐心，那么我们可以把这堆绳子，摊开成一堆交叉点。后来有人发现，只要根据每个交叉点的次序和上下交叠关系，就能写出一个公式，这个公式对于同样的绳子， 不管你怎么去摆，都是一样的。
那么你马上就明白，这样的公式对判定绳子的结构会非常有用，因为如果它们和不打结的绳子一样，我们几乎可以肯定这魔术师一把就能拉开这复杂的绳结。
那么这和生物有什么关系呢？ 我们知道，生命的核心分子是DNA和蛋白质。这两种大分子，都是由一个个小单元连起来的象绳子一样的结构。我们在显微镜下，能够看见他们象绳子一样，打成各种结。一般来说，如果结越紧密，那么整个尺寸就越小；而如果越松散，那么整个尺寸就会更庞大。体积越小，就越容易移动。利用这个关系，我们可以通过一种叫凝胶电泳的技术，看不通的分子绳子，在上面跑得快慢。如果绳子的长度一样，那么跑得快的，肯定就是打的结比较死，不容易解开的；相反，跑得最慢的，就是那些什么魔术师用来忽悠人的绳结。
现实生活中，比如新雨丝论坛上的一些无知小混混， 觉得绳子只能受拉力，不能抗剪切和扭转，那么分子绳子是不是也是这样呢？ 其实绳子是不是能像帮子一样抗剪切和扭转，是和观察着的时间尺度和空间尺度有关的，这一点对蛋白质和DNA非常重要，因为这些分子可以象绳子一样拉得很长，也可以把他们压的很小。一般来说，象DNA这种分子绳子，100纳米是一个尺寸，在小与这个尺寸的结构上，这根绳子基本上就和一根棒子差不多了；而大于这个尺寸，就可以把它看作一个很柔软的绳子。在高分子物理上，任何绳子都有一个这种尺度，叫做Kuhn长度。