Все о морских узлах

Если вы на Манхеттене пойдёте, скажем, вверх по улице, а потом вправо, то это всё равно, что пойти сначала вправо, а потом вверх. А есть такие пространства, где шаги не приведут в одну точку. И оказывается, что узлы живут именно в таких пространствах. Метрика этого пространства – метрика пространства Лобачевского. Так что, неевклидова геометрия вплетена в нашу повседневную жизнь…

Мы изначально ориентировались на синтетические полимеры, были эксперименты по коллапсу полистирола в циклогексане, но оказалось, что именно на укладке ДНК в хромосомах можно получить наиболее прямые подтверждения. У ДНК длина примерно 2 метра, находится она в ядре размера порядка 20 микрон. Цепь очень сильно сжата и непонятно, почему куски из неё могут легко «вылепливаться», а потом так же легко втягиваться… Современные эксперименты показали, что цепь, по-видимому, выглядит как кривая Пеано – кривая, которая на всех масштабах сама себя повторяет и плотно заполняет пространство – в точности, как наша складчатая глобула.

В действительности за всей этой красивой геометрией стоит достаточно простой факт, касающийся свойств броуновских случайных блужданий на пространствах отрицательной кривизны, пространствах Лобачевского.

Это можно представить так: у вас есть длинная-предлинная змея, которая живёт в лесу, и она хочет укусить себя за хвост так, чтобы при этом не зацепиться ни за одно дерево. И оказывается, что в этом случае она не очень сильно вытягивается! Её типичный размер, который она занимает в этом лесу, оказывается существенно меньше, чем если бы этого леса не было. То есть лес (топологические ограничения) действует как внешнее сжимающее поле. И вот этот фактор может иметь вполне строгое математическое выражение, а за ним стоит много интересных вещей, связанных с топологией, с алгебраической геометрией… Когда Я.Г. Синай узнал об этих работах, у него возникла идея, что подобное явление может быть интерпретировано в терминах произведений некоммутирующих случайных матриц, так называемых «броуновских мостах». Как мы сейчас понимаем, именно это общее свойство и лежит в основе того, почему ДНК укладывается в хромосомах «фрактальным» образом…

Используя методы статистической физики, мы показали, что у РНК (рибонуклеиновой кислоты) есть оптимальный алфавит, в котором число букв «близко к 4».