Physics 版 (精华区)

发信人: FDTD (放荡*坦荡), 信区: Physics
标  题: 生命是什么[36]
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月10日11:55:50 星期六), 站内信件

发信人: littlewhite (薛定鄂的猫), 信区: Physics
标  题: 生命是什么[36]
发信站: 牡丹园 (Sun Jun 23 17:34:15 2002) , 转信

36. 分子的稳定性有赖于温度
    我们必须因考察了生物学问题中最有兴趣的一点，即不同温度下的分子稳定性而感
到满足。假定我们的原子系统一开始确实是处在它的最低能级的状态。物理学家称之为
绝对零度下的分子。要把它提高到相邻的较高的状态或能级，就需要供给一定的能量。
最简单的供给能量的方式是给分子"加热"。把它带进一个高温环境（"热浴"），让别的
系统（原子，分子）冲击它。考虑到热运动的完全不规则性，所以不存在一个可以肯定
的、并立即引起"提高"的、截然分明的温度界限。更确切地说，在任何温度下（只要不
是绝对零度），都有出现"提高"的机会，这种机会是有大有小的，而且当然是随着"热浴
"的温度而增加的。表达这种机会的最好的方式是，指出在发生"提高"以前你必须等待的
平均时间，即"期待时间"。
    根据M.波拉尼和E.维格纳的研究，"期待时间"主要取决于二种能量之比，一种能量
正好就是为了"提高"而需要的能量差额本身（我们用W来表示），另一种能量是描述在有
关的温度下热运动强度的特性（我们用T表示绝对温度，kT表示特有的能量）。有理由认
为，实现"提高"的机会愈小，期待时间便愈长，而"提高"本身同平均热能相比也就愈高
，就是说，W:kT之比值的相当小的变化，会大大地影响期待时间。例如（按照德尔勃留
克的例子），W是kT的三十倍，期待时间可能只短到1/10秒；但当W是kT的五十倍时，期
待时间将延长到十六个月；而当W是kT的六十倍时，期待时间将延长到三万年！
    对于那些对数学感兴趣的读者来说，可以用数学的语言来说明这种对于能级或温度
变化高度敏感的理由，同时再加上一些类似的物理学的说明。其理由是，期待时间（称
    t=cEXP(W/kT)
    c是10的－13或－14次方秒这么小的数量级的常数。这个特定的指数函数并不是一种
偶然的特性。它一再出现在热的统计学理论中，似乎构成了该理论的基本内容。它是在
系统的某个部分中，偶然地聚集象W那么大的能量的不可能性的几率的一种度量。当需要
有好几倍的"平均能量"kT时，增加得如此巨大的就是这种不可能性的几率。
实际上，W=30kT（见上面引用的例子）已经是极少有的了。当然，它之所以还没有导致
很长的期待时间（在我们的例子中只有1/10秒），是由于c因子是很小的缘故。这个因子
具有物理学的意义。它是整个时间内，在系统里发生的振动周期的数量级。你可以非常
概括地描述这个因子，认为它是积聚起所需要的W总数的机会，它虽然很小，可是在"每
一次振动"里是一再出现的，就是说，每秒大约有10的13或14次方次。


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当我听到关于薛定额猫的故事时，我就摸我的枪。
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我要离开尘世的喧嚣,漂流到宇宙的彼岸,

去用心聆听苍穹深处最美妙的音符.

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