Полимеры и биополимеры с точки зрения физики

А.Ю. ГРОСБЕРГ, А.Р. ХОХЛОВ 

2014

ПОЛИМЕРЫ  
И БИОПОЛИМЕРЫ  
С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

Перевод с английского  А.А. Аэрова
Второе издание

À. Þ. Ãðîñáåðã, À.Ð. Õîõëîâ
Ïîëèìåðû è áèîïîëèìåðû ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè. Ïåð. ñ
àíãë.: Ó÷åáíîå èçäàíèå / À.Þ. Ãðîñáåðã, À.Ð. Õîõëîâ – 2-å èçä.
– Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», 2014. –
304 ñ.: öâ. èë.
ISBN 978-5-91559-188-1

 êíèãå ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê ñèíòåòè÷åñêèå è ïðèðîäíûå ïîëèìåðû, òàê è áèîïîëèìåðíûå íàíîñèñòåìû æèâîé êëåòêè. Õîòÿ òðàäèöèîííî ïåðâûå – ïðåäìåò õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, à âòîðûå –
áèîôèçèêè è ìîëåêóëÿðíîé áèîëîãèè, ïîäõîä, îñíîâàííûé íà ôèçèêå
ìîëåêóëÿðíûõ öåïåé, ïîçâîëÿåò àâòîðàì êðàñèâî è ïðîñòî ïðåäñòàâèòü
øèðîêèé ñïåêòð âîïðîñîâ. Ïðèâîäèòñÿ î÷åíü ìàëî ìàòåìàòè÷åñêèõ
âûêëàäîê, íå âûõîäÿùèõ çà ðàìêè îáû÷íîé øêîëüíîé ïðîãðàììû, è
ïðåäëàãàþòñÿ èõ ïðîñòûå îáúÿñíåíèÿ íà êà÷åñòâåííîì óðîâíå. Íåìíîãî÷èñëåííûå ïðåäñòàâëåííûå õèìè÷åñêèå ôîðìóëû ïîäðîáíî îïèñûâàþòñÿ. Èñïîëüçóåìûé ìàòåðèàë èç ôèçèêè çà ïðåäåëàìè øêîëüíîãî
êóðñà îáñòîÿòåëüíî èñòîëêîâûâàåòñÿ, íàïðèìåð, ïîíÿòèå ýíòðîïèè.
Ïðîñòîòà èçëîæåíèÿ íå ìåøàåò àâòîðàì ïîäâåñòè ÷èòàòåëÿ ê ïåðåäîâîìó ðóáåæó ñîâðåìåííîé íàóêè î ïîëèìåðàõ. Çàòðîíóòû òàêèå òåìû,
êàê íàíîñòðóêòóðû â ïîëèìåðàõ, ñàìîîðãàíèçàöèÿ áåëêà, çìååïîäîáíîå
(«ðåïòàöèîííîå») äâèæåíèå ìàêðîìîëåêóë, ôðàêòàëû â ïîëèìåðàõ, ìîëåêóëÿðíàÿ ýâîëþöèÿ, è äð. Ïîýòîìó êíèãà ìîæåò áûòü ïîëåçíà íå
òîëüêî øêîëüíèêàì, ñòóäåíòàì è àñïèðàíòàì, íî è ðàáîòàþùèì ñïåöèàëèñòàì.
Ïåðâîå èçäàíèå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â âåäóùèõ
ðîññèéñêèõ óíèâåðñèòåòàõ.

ISBN 978-5-91559-188-1
© 2010, À.Þ. Ãðîñáåðã, À.Ð. Õîõëîâ
© 2014, ÎÎÎ Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

Вере и Наташе

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие нобелевского лауреата П.-Ж. де Жена к первому изданию
книги на английском языке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Выдержки из рецензий к первому изданию книги на английском языке .
10
Предисловие авторов к русскому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15

Г л а в а 1. Введение: физика в мире полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17

Г л а в а 2. Как выглядит молекула полимера? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.1. Полимеры — длинные молекулярные цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.2. Гибкость полимерных цепей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
2.3. Механизмы гибкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.4. «Портрет» полимерного клубка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
2.5. Гетерополимеры, разветвленные полимеры и заряженные полимеры .
28
2.5.1. Гетерополимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
2.5.2. Разветвлённые полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
2.5.3. Заряженные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
2.6. Кольцевые макромолекулы и топологические эффекты . . . . . . . . . .
31

Г л а в а 3. Как синтезируют полимеры? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
3.1. Полимеризация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
3.2. Поликонденсация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
3.3. Катализаторы для синтеза полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.4. Полидисперсность, живая полимеризация . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.5. Разветвленные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40

Г л а в а 4. Какие бывают полимерные вещества? . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.1. «Традиционные» агрегатные состояния и полимеры . . . . . . . . . . . .
41
4.2. Возможные состояния полимерных веществ . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.3. Пластмассы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.4. Полимерные волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
4.5. Полимерные жидкие кристаллы и сверхвысокопрочные волокна . . . .
54
4.6. Полимерные растворы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
4.7. Полимерные смеси и блок-сополимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
4.8. Иономеры и ассоциирующие полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
4.9. Проводящие полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64

Оглавление
5

Г л а в а 5. Полимеры в живой природе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
5.1. Немного о воде, о любви к ней, и о водобоязни . . . . . . . . . . . . . .
66
5.2. Молекулы из головы и хвоста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69
5.3. Молекулярная биология и молекулярная архитектура . . . . . . . . . . .
73
5.4. Молекулярные машины: белки, РНК и ДНК. . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.5. Химическое строение белков, ДНК и РНК . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.5.1. Белки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.5.2. Нуклеиновые кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
5.6. Первичная, вторичная и третичная структуры биополимеров . . . . . .
79
5.6.1. Первичная структура: последовательности . . . . . . . . . . . . . . .
79
5.6.2. Метилирование ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
5.6.3. Вторичная структура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
5.6.4. Третичные структуры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
5.7. Глобулярные белки-ферменты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
5.8. Молекулярные моторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
5.9. Физика и биология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92

Г л а в а 6. Математика простого полимерного клубка . . . . . . . . . . . . . . .
94
6.1. Математика в физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
6.2. Полимерная цепь как траектория движения броуновской частицы . .
95
6.3. Размер полимерного клубка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
98
6.4. Вывод закона «квадратного корня» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
6.5. Персистентная длина и сегмент Куна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
6.6. Плотность полимерного клубка и диапазоны концентраций полимерного раствора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
105
6.7. Гауссово распределение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
107

Г л а в а 7. Физика высокоэластичности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
7.1. Колумб открыл . . . натуральный каучук . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
7.2. Высокоэластичность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112
7.3. Открытие вулканизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
7.4. Синтетический каучук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117
7.5. Высокоэластичность и растяжение отдельной полимерной цепочки .
118
7.6. Энтропия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124
7.7. Энтропийная упругость идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
7.8. Свободная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130
7.9. Энтропийная упругость полимерной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
7.10. Энтропийная упругость полимерной сетки . . . . . . . . . . . . . . . . . .
132
7.11. Эффект Гуха–Джоуля и тепловые явления при деформации резины .
138
7.12. Еще раз о растяжении полимерной цепи: персистентная модель и
двойная спираль ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
7.12.1. Сильно растянуть полимерную цепь — почти то же, что поместить её в узкую трубку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143
7.12.2. Сильное растяжение свободно-сочленённой цепи . . . . . . . .
143
7.12.3. Сильное
растяжение
цепи
с
персистентным
механизмом
гибкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
145
7.12.4. Силовая спектроскопия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
148

Оглавление

Г л а в а 8. Проблема исключенного объема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
151
8.1. Линейная память и объемные взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . .
151
8.2. Четыре силы мира молекул, масштабы и единицы . . . . . . . . . . . .
154
8.3. Проблема исключенного объема: постановка задачи . . . . . . . . . . .
156
8.4. Плотность клубка и столкновения мономерных звеньев . . . . . . . . .
159
8.5. Хорошие растворители, плохие растворители и θ-условия . . . . . . .
161
8.6. Набухание полимерного клубка в хорошем растворителе . . . . . . . .
163
8.7. Эффект исключенного объема в полуразбавленном растворе . . . . . .
166
8.8. Расслоение полимерных смесей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
168

Г л а в а 9. Клубки и глобулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
171
9.1. Что такое переход клубок–глобула? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
171
9.2. Свободная энергия глобулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
9.3. Энергия взаимодействия мономеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
9.4. Энтропийный вклад. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
175
9.5. Коэффициент набухания α . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
177
9.6. Переход клубок–глобула. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
179
9.7. Предпереходное разбухание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
181
9.8. Экспериментальные наблюдения перехода клубок–глобула . . . . . . .
182
9.9. Динамика перехода клубок–глобула . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
184
9.10. Некоторые обобщения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
185
9.11. Коллапс полимерных сеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
186
9.12. Глобулярное состояние двойной спирали ДНК . . . . . . . . . . . . . . .
190
9.13. Почему их называют глобулами? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
193
9.14. Какого рода переход клубок–глобула?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
194

Г л а в а 10. Глобулярные белки и их сворачивание . . . . . . . . . . . . . . . . .
197
10.1. Эксперимент Анфинсена: ренатурация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
197
10.2. Апериодический кристалл или равновесное стекло? . . . . . . . . . . .
199
10.3. Парадокс Левинталя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
201
10.4. Денатурация и ренатурация — скачкообразные кооперативные переходы со скрытой теплотой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
202
10.5. Статистические сополимеры — не белковоподобные, поскольку у
них нет скрытой теплоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
204
10.6. Отобранные последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
208
10.7. Запоминание более одной конформации и «неправильные» глобулы
211
10.8. Ландшафты и вор´онки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
213
10.9. Образование зародышей и разрешение парадокса Левинталя . . . . .
214
10.10. In vivo, in vitro, in virtuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
216
10.11. Решена ли проблема сворачивания белка? . . . . . . . . . . . . . . . . .
219
10.12. Змеекуб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
221

Г л а в а 11. Узлы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
224
11.1. Узлы в физике: что такое атомы? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
224
11.2. Таблица узлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
226
11.3. Часто ли встречаются узлы?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
227
11.4. Узлы на ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
230

Оглавление
7

11.5. Плектонемная ДНК и топологические ферменты. . . . . . . . . . . . .
231
11.6. Узлы в белках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
233

Г л а в а 12. Динамика полимерных жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
235
12.1. Вязкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
235
12.2. Вязкоупругость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
237
12.3. Модель рептаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
239
12.4. Максимальное время релаксации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
240
12.5. Модуль Юнга сетки, образованной квазисшивками . . . . . . . . . . .
243
12.6. Трубка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
245
12.7. Зависимость максимального времени релаксации от длины цепи . .
245
12.8. Вязкость полимерного расплава и коэффициент самодиффузии . . .
248
12.9. Экспериментальная проверка теории рептаций . . . . . . . . . . . . . .
249
12.10. Теория рептаций и гель-электрофорез ДНК . . . . . . . . . . . . . . . .
250
12.11. Теория рептаций и гель-эффект при полимеризации . . . . . . . . . .
253

Г л а в а 13. Математика сложных полимерных структур. Фракталы . . . . . .
255
13.1. Еще немного о математике в физике: как физик определяет размерность пространства? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
255
13.2. Регулярные фракталы, или как рисовать красивые узоры . . . . . . .
256
13.3. Самоподобие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
258
13.4. Природные фракталы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
260
13.5. Простые полимерные фракталы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
263
13.6. Зачем говорить о фракталах? Диалог двух авторов . . . . . . . . . . . .
266
13.7. Почему самоподобие описывается степенными законами и как это
можно использовать в физике полимеров? . . . . . . . . . . . . . . . .
267
13.8. Другие фракталы в полимерах, . . . и полимеры во фракталах . . . .
270
13.9. Геометрия и классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
271

Г л а в а 14. Полимеры, эволюция и происхождение жизни . . . . . . . . . . . .
273
14.1. Зачем упоминать происхождение жизни в книге о полимерах? . . . .
273
14.2. Биологическая эволюция на молекулярном уровне . . . . . . . . . . .
275
14.2.1. Генеалогическое древо и его корень — LUCA . . . . . . . . . .
275
14.2.2. Некоторые факты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
277
14.2.3. Степенные зависимости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
277
14.2.4. Статистика последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
279
14.2.5. Осмысленное и бессмысленное, случайное и фрактальное . .
281
14.3. Энтропия и эволюция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
282
14.3.1. Зарождение жизни и эволюция Вселенной . . . . . . . . . . . .
282
14.3.2. Жизнь и второй закон термодинамики . . . . . . . . . . . . . . .
283
14.3.3. Химическая эволюция на ранней Земле . . . . . . . . . . . . . .
288
14.3.4. Первичная полимеризация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
289
14.3.5. Запоминание случайного выбора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
292
14.3.6. Право-левая асимметрия природы . . . . . . . . . . . . . . . . . .
294
14.3.7. QWERTY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
295
14.3.8. Создание новой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
296
14.4. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
298

Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
300

ПРЕДИСЛОВИЕ НОБЕЛЕВСКОГО
ЛАУРЕАТА П.-Ж. ДЕ ЖЕНА
К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ КНИГИ
НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ

Идея о том, что вещество состоит из атомов, принадлежит древним
грекам. Но для них она была лишь формальным постулатом, не подтверждённым никаким конкретным знанием об этих бесконечно малых
объектах. Человечеству потребовалось более двух тысяч лет для того,
чтобы обосновать этот постулат и доказать, что вещество действительно
состоит из атомов и групп атомов, называемых молекулами. Первый эксперимент по определению размера молекул был проведён Б´енджамином
Фр´анклином. Зная (тоже от древних греков), что небольшое количество
растительного масла подавляет волны на воде, Фр´анклин пришёл на
один из прудов в Кл´эпхем К´оммон1) и, когда небольшой ветерок поднял
рябь на поверхности воды, вылил на неё ложку масла. Затем он измерил
площадь поверхности, на которой рябь исчезла. Она оказалась очень
большой. Выражаясь современным языком, он создал очень тонкий мономолекулярный слой масла на поверхности воды. Если бы Фр´анклин
разделил объём ложки на эту площадь, то получил бы размер молекулы
масла (что-то около двух нанометров).
К сожалению, Фр´анклин этого не сделал. Это сделал лорд Рэлей, целым
столетием позже (что описано в замечательной книге Ч. Тэнфорда2)).
Но эксперимент Фр´анклина стал исторической вехой: он был первым
подтверждением того, что молекула — не плод воображения философа,
а реальный объект с чётко определённым размером!
Следующий важный шаг связан с макромолекулами, которым посвящена настоящая книга. Многие окружающие нас вещи (дерево, одежда, наше собственное тело . . .) состоят из макромолекул или, как их
сейчас называют, полимеров. Понимание того, что представляет собой
макромолекула, пришло к учёным не сразу. В XIX веке многие химики
синтезировали новые полимеры и выливали их в раковину! В те времена
считалось, что только чистые вещества заслуживают внимания, а крите
1) Парк на юге Лондона. — Прим. перев.
2) Tanford C. Ben Franklin stilled the waves. — Durham: Duke University Press,
1980.

Предисловие П.-Ж. де Жена к первому изданию книги на английском языке
9

рием чистоты была скачкообразность плавления: если вновь полученное
вещество не способно претерпевать скачкообразный переход из жидкого
состояния в твёрдое, то оно недостаточно очищено, и с ним дальше работать нельзя. Полимеры же плавятся постепенно (почему — отчасти объяснено в настоящей книге), поэтому, несмотря на упорные попытки, их
«очистить» не удавалось, и приходилось выбрасывать. В конце концов, в
1920-х годах Г. Штаудингер убедительно доказал химическому научному
сообществу существование длинных цепных молекул. После этого в игру
вступили физики. Первым был Кун. Он понял механизм гибкости макромолекул, а также роль энтропии в полимерных системах и обусловленную
ею упругость резины. Об этом можно прочесть в ещё одной замечательной книге3). Затем существенный вклад внёс П. Фл´ори, объяснив большинство основных свойств полимеров с помощью простых, но глубоких
идей. Следующий важный шаг был сделан С. Ф. Эдвардсом. Он выявил
глубокую аналогию между конформацией полимерной цепи и траекторией квантово-механической частицы. Это позволило использовать при
исследовании полимеров то, что было наработано в течение предыдущих
пятидесяти лет теоретиками, занимавшимися квантовой механикой.
В настоящей книге описана наука о полимерах на её современной
стадии развития. Авторы проявили замечательную способность излагать
предмет простым доступным языком, почти полностью избегая тяжеловесного теоретического формализма — излюбленного, к сожалению,
инструмента многих учёных как в России, так и во Франции, привыкших
к перекосу в сторону математики.
Текст книги несомненно будет понятен студентам университетов и
научным сотрудникам. В связи с этим я считаю её весьма полезной. Макромолекулы — неотъемлемая часть нашей жизни. Однако, как показали
авторы этой книги, макромолекулы имеют отношение и к культуре. Для
Куна и Флори макромолекулы значили то же, что для Баха — клавесин.
Поблагодарим же тех, кто дал нам возможность слушать эту «музыку»
полимеров.

П.-Ж. де Жен
Март 2006 г.

3) Morawetz H. Polymers: the Origins and Growth of a Science. — New York: John
Wiley & Sons, 1985.

ВЫДЕРЖКИ ИЗ РЕЦЕНЗИЙ
К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ КНИГИ
НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ

Авторы этой прекрасной книги о полимерах — мировые лидеры в данной области. Нельзя не отметить их мастерское умение излагать материал, вписывая его одновременно и в исторический контекст, и в контекст
современной науки. Эта книга — чудесное введение в физику полимеров . . ., в ней точность сочетается с ясностью и доступностью. Её можно
читать просто для удовольствия, как занимательную повесть. Я считаю,
что эта книга должна быть у любого, кто изучает полимеры. Она наверняка станет популярной и в более широкой аудитории.

Ф´илип П´инкус, Калифорнийский университет в С´антаБ´арбаре (из рецензии на рукопись книги, 1996 г.)

Гигантские молекулы — одна из самых животрепещущих тем современного естествознания. Эта книга, написанная двумя замечательными
физиками, проведёт читателя на самые передовые рубежи науки о полимерах . . ., при этом от самого читателя не требуется никакой специальной подготовки, — только любознательность. Авторы — прекрасные
рассказчики. Им удалось написать книгу в равной степени безупречную
с научной точки зрения и увлекательную. Она понравится каждому, кто
интересуется последними достижениями полимерной науки, вне зависимости от исходного уровня его знаний. Не пропустите эту книгу!

Тойоичи Тан´ака (1946–2000), Массач´усетский технологический институт (из рецензии на рукопись книги, 1996 г.)

Кто мог предположить, что два теоретика напишут удобочитаемую и
простую для понимания монографию о физике полимеров? Однако же
именно такую книгу написали А. Ю. Гросберг и А. Р. Хохлов . . . Более
ясных объяснений я не встречал.

Эдвин Л. Т´омас, Отделение Техники и Материаловедения,
Массач´усетский технологический институт («Nature»,
1997, том 388, с. 842)

Выдержки из рецензий к первому изданию книги на английском языке
11

. . . Казалось бы, невозможно написать книгу о макромолекулах, практически не используя математику . . . Но авторы с этой задачей справились. И при этом в книге нет слишком сильных упрощений, из-за
которых могла бы оказаться под вопросом научная состоятельность изложения . . . Поэтому книга представляет ценность как для специалистов,
так и для студентов, не имеющих особой подготовки . . .
Мне понравились остроумные цитаты из классической литературы, приведённые в начале каждой главы. Они намекают на неожиданные параллели между научными концепциями и художественными
образами . . .

Курт Кр´емер, Директор Института Полимерных Исследований Общества Макса Планка, Майнц, Германия
(«Physics World», 1997, декабрь, с. 49)

В книге излагаются основы физики полимеров и обсуждаются некоторые имеющие отношение к теме новейшие достижения науки, в основном,
из области биологии. Книгу сможет понять любой хорошо успевающий
студент, изучающий физику, химию, или химическую технологию . . .
Она может быть интересна и специалистам.

Т´омас Х´элси, компания Exxon, отдел исследований и конструирования, ´Аннандейл, Нью–Дж´ерси («Physics Today»,
1998, февраль, с. 73)

. . . книга легко читается, она придётся по душе тем, кто хочет узнать
больше о биологии и физике полимеров.

Бернд ´Эгген, С´ассекский университет («New Scientist», Август 16, 1997, с. 41)

Это, несомненно, один из самых простых для чтения научных текстов, которые я встречал. Несмотря на это, он очень информативен . . .
Авторам удалось в изящной форме и совершенно уместно включить в
текст книги много занятных фактов из истории науки, благодаря чему
повествование стало намного более живым, ничуть не потеряв при этом
свою содержательность . . . Я бы порекомендовал эту книгу любому интересующемуся наукой о полимерах: как признанным экспертам, так и
новичкам. Она будет отличным началом для делающего первые шаги в
ознакомлении с данной областью знаний.

С´аймон Биггз, университет города Лидс, Великобритания
(«Molecules», 1998, том 3, с. 142)

Выдержки из рецензий к первому изданию книги на английском языке

Я физик, профессор, занимаюсь полупроводниками. Полимеры — не
моя специальность . . . Не могу поверить в то, что к этой прекрасной
книге до сих пор не написали рецензию на этом сайте. Да, она написана двумя русскими учёными. Но кто сказал, что русские могут писать
только скучные книги, наполненные математическим формализмом? Эта
книга — не монография . . . в ней многие явления объясняется кратко и
просто, причём с юмором. Математики совсем немного, и она очень
простая. Вполне достаточно уровня первокурсника, чтобы понять эту
книгу.

Рецензия читателя с сайта Amazon.com

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Редактор (воображаемый) (скептично): Опять вы. . .
Авторы (застенчиво): Видите ли, мы написали книгу о гигантских молекулах.. .
Редактор: Каких молекулах?
Авторы: Гигантских (оживляясь). Только выслушайте нас!
Редактор (нетерпеливо): У меня нет на это времени. Вы же недавно о них
книгу опубликовали 1). Так что вам ещё нужно?
Авторы: Да, но та книга была для специалистов, а эта. . .
Редактор (теряя терпение): А эта для домохозяек, наверное! Послушайте,
оставьте мне предисловие, и я посмотрю, что с этим можно сделать.
Авторы: Вот оно!

По законам жанра в предисловии должен быть дан ответ на вопрос:
«Для кого предназначена эта книга?»
Надеемся, что эта книга будет интересна каждому, кому хочется знать,
как устроен мир. Не следует, конечно, думать, что мы такого высокого
мнения о себе. . . Просто тема, которой посвящена эта книга, особенная:
она находится, так сказать, на пересечении многих современных путей
развития и в центре горячих споров. Физика полимеров касается практически всего: от современных материалов (включая, «умные» материалы)
до знаменитой молекулы ДНК, которая не только очень интересна сама
по себе, но и стала, например, незаменимым инструментом в криминалистике, или может быть использована для создания «компьютера в стакане воды». Физика полимеров имеет отношение также к современным
лекарственным препаратам и многому другому. Коротко говоря, многое,
с чем люди имеют дело ежедневно, неразрывно связано с этой наукой.
Вот почему мы решили написать книгу о полимерах на языке, доступном не только небольшой группе специалистов.
Предполагается, что любой студент, изучающий точные науки, сможет
полностью прочесть эту книгу, получив при этом поверхностные, но
всесторонние знания о предмете. Учёному же, будь то физик, химик, материаловед, или молекулярный биолог, вероятно, будет интересно озна
1) Grosberg A. Y., Khokhlov A. R. Statistical Physics of Macromolecules. — New York:
AIP Press, 1994.

Предисловие авторов к русскому изданию

комиться с тем, как мы изложили известный ему материал, избегая сложностей научного языка.
Зачастую при знакомстве с какой-либо новой областью науки нам приходится пробиваться через сложную математику. Этого, как показывает
опыт, многие студенты боятся больше всего. Но математические методы
становятся по-настоящему нужны студенту только в том случае, если он
хочет стать профессионалом и привнести что-то новое в науку. Поэтому
в предлагаемой книге мы постарались описать наиболее интересные и
самые передовые достижения физики полимеров, обходя стороной математические сложности и ограничившись лишь простой алгеброй, не
выходящей за рамки школьной программы.
Наконец, мы надеемся, что любой читатель, пролистав эту книгу,
сможет узнать некоторые занимательные вещи. К примеру: что такое
«молекулярная архитектура»; что получается при разрезании цветной капусты; кто королева мира, а кто — её тень.
И ещё кое-что. В современной науке, как и во всех других областях человеческой жизни, имеет большое значение эстетическая сторона. Вспомним изречение Достоевского: «Красота спасёт мир.» Конечно,
эти слова можно интерпретировать по-разному. Но всё же нет никакого
сомнения в том, что красота науки — одна из её самых удивительных
особенностей. Например, нам неизвестно, почему физика полимеров и
биополимеров имеет и важное прикладное значение, и вместе с тем очень
красива, но данное сочетание — факт! Мы лишь попытались показать эту
красоту читателю.
Текст настоящего издания существенно доработан. Были написаны
несколько дополнительных глав и подразделов: о синтезе полимеров,
о сворачивании белков, об узлах на макромолекулах, о молекулярных
моторах, о свободно-сочленённых и червеобразных полимерных цепях,
и др. Кроме того, добавлено множество новых рисунков. В целом, книга
обновилась приблизительно на 50%.
Предыдущее издание книги на английском языке включало CD с
простыми программами для компьютерного моделирования полимеров.
Было принято решение не включать CD в новое издание, поскольку,
как оказалось, его материалы очень быстро морально устарели. Но мы
работаем над надлежащим обновлением и этого материала.
Мы постарались сделать книгу не только полезной, но и интересной.
Читателю предстоит судить о том, насколько нам это удалось.

А. Ю. Гросберг, А. Р. Хохлов

Редактор (ворчит себе под нос): Что же, а ведь если они не врут, это могло
бы быть действительно интересно. Книгу захотят прочесть многие . . . Думаю,
нам следует её опубликовать!