
【化】 degeneracy; degeneration
在汉英词典框架下,"简并性"对应的英文术语为degeneracy,指同一系统中多个不同状态共享相同物理量或功能的特性。该概念具有跨学科特征,其核心内涵可分为三方面:
一、物理学定义 量子力学中简并性特指能量简并态,即不同量子态拥有相同能量值。例如氢原子的电子轨道简并现象,可通过薛定塞方程验证: $$ hat{H}psi_n = E_npsin $$ 其中不同波函数$psi{nlm}$可能对应同一本征值$E_n$。美国物理学会(APS)将其定义为"系统对称性导致的等价态共存"。
二、生物学延伸 遗传学中表现为密码子简并性,即64种三联体密码子中61种对应20种氨基酸,例如亮氨酸可由6种不同密码子编码。这种冗余设计增强基因表达容错性,被《自然》期刊列为遗传密码三大特征之一。
三、工程应用 半导体领域存在能带简并,导带中不同波矢电子具有相同能量,直接影响材料导电特性。IEEE标准中对此类现象有专门测量规范。数学上则表现为矩阵特征值重复度,与系统自由度缩减直接相关。
简并性(Degeneracy)在不同学科中有不同含义,以下主要从生物学角度解释其定义、机制及意义:
定义
指在遗传密码中,同一种氨基酸由两个或更多不同密码子编码的现象。例如,丝氨酸可由UCU、UCC、UCA、UCG等6种密码子编码,而色氨酸和甲硫氨酸仅对应1个密码子。
机制
密码子前两位碱基通常决定氨基酸种类,第三位碱基变化(如嘌呤变嘌呤或嘧啶变嘧啶)往往不改变氨基酸,称为“简并位”。例如苏氨酸的密码子ACU和ACC均编码同一氨基酸。
生物学意义
其他学科中的简并性(如量子力学中同一能级对应多种状态)与生物学定义不同。
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