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請教分子力學與分子動力學的區(qū)別
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先進材料與分子模擬 | MD分子動力學 | 催化與分子模擬 | 模型 - 模擬 - 統(tǒng)計 - 熱力學 |
分子力學 |
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不同意樓上的說法。簡單說,分子動力學是一種基于統(tǒng)計熱力學的分子模擬的采樣方法;任何一種模擬方法都需要計算能量,而分子力學則是計算能量的方法之一,核心思想是把分子看成是彈簧連成的小球;基于分子力學的模擬叫經(jīng)典分子模擬。你還可以用量子力學計算能量去跑動力學,那叫量子分子動力學模擬。量子力學的核心思想是把分子看成是由電子云連接起來的原子核。所以量子力學又叫電子結(jié)構(gòu)計算。 那你會問,采樣和計算能量的區(qū)別:采樣就像你要去另外一個城市,這是目的;而計算能量的不同方法好比你坐汽車或坐飛機。 為什么要采樣呢?采樣,Sampling,是研究材料性質(zhì),或一種變化過程的方法,它基于這樣一種想法,即物質(zhì)呈現(xiàn)的宏觀性質(zhì),是由許多微觀狀態(tài)決定的;不同的微觀狀態(tài),有不同的體積,能量,壓強等性質(zhì);體系,即分子原子的集合,在不同的狀態(tài)(位置)之間來回快速切換;實驗測量的體積,密度等性質(zhì),其實是所有這些微觀狀態(tài)的平均值。只要你能模擬到許多微觀狀態(tài),你就能通過求平均獲得宏觀的測量值,去和實驗值比較。這其實是平衡態(tài)統(tǒng)計熱力學的核心思想。此外還有非平衡態(tài)的統(tǒng)計熱力學。核心思想都一樣:采樣!即盡可能找到那些最可能出現(xiàn)的微觀狀態(tài),然后統(tǒng)計求平均。 怎么采?你搭了一個盒子,一個初始構(gòu)象,怎么驅(qū)動原子分子在設(shè)定的外界條件比如溫度,壓力下訪問一些可能的狀態(tài)?這主要有2種方法:MD,或MC。MD,動力學,按照牛頓老人家的說法,原子分子也就是些球球,它們在力的作用下會運動,那好,我計算原子的每一步的位置,受力,加速度,位移,讓它自動去跑,這叫模仿自然演進。l另外一種采樣方法,MC,蒙特卡洛,是隨機動力學方法,不考慮受力,原子的移動是隨機的,至于移動的合理不合理,那由下一步的能量決定。能量低,肯定合理,接受;能量高,高多少?越高越不合理,那好,我根據(jù)能量高多少來決定接受的概率。由此可見,MD和MC同屬于采樣方法,但核心思想有較大差別。它們唯一的共同點是,需要計算每一步的能量。(分子動力學MD中計算力,而原子受力是體系能量對原子坐標的一階導。記住這句話。) 正如上面所說,計算能量可以用分子力學,也可以用量子力學。注意,用量子力學不等于考慮了原子的量子效應(yīng)。因為分子動力學本質(zhì)上是依照牛頓經(jīng)典力學方法,所以,所謂量子分子動力學,其模擬結(jié)果也是在經(jīng)典力學極限下的模擬!傲孔恿W”中的“量子”,只處理電子的量子效應(yīng),與原子,分子的量子效應(yīng)沒有一毛錢的關(guān)系。 |
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不同意樓上的說法。簡單說,分子動力學是一種基于統(tǒng)計熱力學的分子模擬的采樣方法;任何一種模擬方法都需要計算能量,而分子力學則是計算能量的方法之一,核心思想是把分子看成是彈簧連成的小球;基于分子力學的模擬叫經(jīng)典分子模擬。你還可以用量子力學計算能量去跑動力學,那叫量子分子動力學模擬。量子力學的核心思想是把分子看成是由電子云連接起來的原子核。所以量子力學又叫電子結(jié)構(gòu)計算。 那你會問,采樣和計算能量的區(qū)別:采樣就像你要去另外一個城市,這是目的;而計算能量的不同方法好比你坐汽車或坐飛機。 為什么要采樣呢?采樣,Sampling,是研究材料性質(zhì),或一種變化過程的方法,它基于這樣一種想法,即物質(zhì)呈現(xiàn)的宏觀性質(zhì),是由許多微觀狀態(tài)決定的;不同的微觀狀態(tài),有不同的體積,能量,壓強等性質(zhì);體系,即分子原子的集合,在不同的狀態(tài)(位置)之間來回快速切換;實驗測量的體積,密度等性質(zhì),其實是所有這些微觀狀態(tài)的平均值。只要你能模擬到許多微觀狀態(tài),你就能通過求平均獲得宏觀的測量值,去和實驗值比較。這其實是平衡態(tài)統(tǒng)計熱力學的核心思想。此外還有非平衡態(tài)的統(tǒng)計熱力學。核心思想都一樣:采樣!即盡可能找到那些最可能出現(xiàn)的微觀狀態(tài),然后統(tǒng)計求平均。 怎么采?你搭了一個盒子,一個初始構(gòu)象,怎么驅(qū)動原子分子在設(shè)定的外界條件比如溫度,壓力下訪問一些可能的狀態(tài)?這主要有2種方法:MD,或MC。MD,動力學,按照牛頓老人家的說法,原子分子也就是些球球,它們在力的作用下會運動,那好,我計算原子的每一步的位置,受力,加速度,位移,讓它自動去跑,這叫模仿自然演進。l另外一種采樣方法,MC,蒙特卡洛,是隨機動力學方法,不考慮受力,原子的移動是隨機的,至于移動的合理不合理,那由下一步的能量決定。能量低,肯定合理,接受;能量高,高多少?越高越不合理,那好,我根據(jù)能量高多少來決定接受的概率。由此可見,MD和MC同屬于采樣方法,但核心思想有較大差別。它們唯一的共同點是,需要計算每一步的能量。(分子動力學MD中計算力,而原子受力是體系能量對原子坐標的一階導。記住這句話。) 正如上面所說,計算能量可以用分子力學,也可以用量子力學。注意,用量子力學不等于考慮了原子的量子效應(yīng)。因為分子動力學本質(zhì)上是依照牛頓經(jīng)典力學方法,所以,所謂量子分子動力學,其模擬結(jié)果也是在經(jīng)典力學極限下的模擬。“量子力學”中的“量子”,只處理電子的量子效應(yīng),與原子,分子的量子效應(yīng)沒有一毛錢的關(guān)系。 |
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