ValYu

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[交流] 分子動(dòng)力學(xué)模擬中有可能出現(xiàn)混沌現(xiàn)象嗎？

我不是學(xué)物理的，甚至大學(xué)物理都沒有學(xué)過。關(guān)于混沌（CHAOS）我只是從一些科普書籍或是紀(jì)錄片中有所了解，我對(duì)它印象很深，因?yàn)檫@是個(gè)很“酷”的概念——完全決定性的系統(tǒng)也可以出現(xiàn)無法預(yù)測的現(xiàn)象。那么像分子動(dòng)力學(xué)這樣一個(gè)基于經(jīng)典力學(xué)的模擬過程，是否也可能出現(xiàn)結(jié)果迥異的混沌現(xiàn)象呢？

之所以想起這個(gè)問題是因?yàn)槲以谀M過程中發(fā)現(xiàn)同樣一個(gè)體系，同樣的模擬參數(shù)，最后得出了完全不同的結(jié)果。我認(rèn)為這應(yīng)該是初始賦予的原子速度不一樣所致，但是會(huì)不會(huì)和混沌有什么關(guān)系呢？解答這個(gè)問題需要有很好的物理基礎(chǔ)，同時(shí)又理解分子動(dòng)力學(xué)的過程，希望板上有這樣的大牛！

[ 來自科研家族化學(xué)生物學(xué) ]

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1樓 2012-09-04 22:14:14

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wally8962

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ValYu: 金幣+5, 好文章，多謝！ 2012-09-06 14:27:47

推薦一篇文章，http://dx.doi.org/10.1021/jp953409x 可能是第一篇講MD中的混沌現(xiàn)象。

MD中的混沌，比較接近于分叉現(xiàn)象

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2樓2012-09-05 08:48:03

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zx2456

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ValYu: 金幣+1, 感謝參與 2012-11-13 21:24:00

感覺初始結(jié)構(gòu)影響很大，其他條件相同的情況下。就像量子化學(xué)上經(jīng)常講到的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，尋找能量最小值點(diǎn)，有很多過渡態(tài)，模擬式尋找最近的能量最小值點(diǎn)。個(gè)人感覺

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3樓2012-11-12 18:48:51

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sunrongwei

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和樓主同感，但資料很少

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4樓2014-08-24 15:21:17

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pigrass

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如果混沌=無法預(yù)測
MD是一個(gè)理論預(yù)測的過程，出現(xiàn)混沌，僅僅是表示結(jié)果不符合人的預(yù)期，但是MD的程序能預(yù)測到�？赡苁浅跏冀Y(jié)構(gòu)不一樣，尤其是在無規(guī)高分子方面。

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5樓2014-08-25 08:46:23

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lsloneil

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經(jīng)典力學(xué)中，只要是三體或者三體以上的問題，都是混沌(chaotic)的，也就是說沒有解析解，而數(shù)值解由于誤差的存在，求解的粒子的軌跡與粒子實(shí)際軌跡的誤差隨著時(shí)間的增加會(huì)指數(shù)級(jí)的增長(Lyapunov Instability，參見Understanding Molecular Simulation, Chapter 4.3.4)。所以對(duì)于MD，除非你只求解兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，否則體系必然是混沌的。

但MD并不關(guān)心粒子在相空間中的單條軌跡的精確求解，MD求的是系綜平均，也就是能夠把系綜所包含的相空間的點(diǎn)都走遍，即ergodicity。對(duì)于平衡態(tài)的性質(zhì)，只要能實(shí)現(xiàn)ergodicity，所求的平均值就是準(zhǔn)確的，與你粒子軌跡算得準(zhǔn)確不準(zhǔn)確沒關(guān)系，所以對(duì)于平衡態(tài)的性質(zhì)，理論上講MD和MC的結(jié)果是沒區(qū)別的，區(qū)別在于采樣的過程。對(duì)于涉及動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)（比如擴(kuò)散）的計(jì)算，由于MD計(jì)算得到的軌跡和真實(shí)情況下的軌跡是有誤差的，所以計(jì)算的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)也是有誤差的，但這個(gè)誤差并不是無限大，而是有界的，因而MD計(jì)算的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)還是有實(shí)際意義的。

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6樓2014-08-25 09:37:35

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