Перейти к содержимому
Форум химиков на XuMuK.ru
  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу

Jarro

Виртуальная симуляция поведения частиц

Рекомендуемые сообщения

Я - мечтатель. :ah:

 

 

Кто как думает, получится-ли воссоздать программу, которая точно просчитывала бы взаимные силы взаимодействия друг с другом электронов, атомных ядер, соответственно атомов и затем молекул (причем с графической оболочкой)? А ведь это не так сложно:

 

1.Берем физический движок (научный либо просто точного исчисления), рассчитанный на физику поведения Rigid-body (абсолютно твердых тел)

2.Крайне точно вводим массы всех частиц (точнее, отношения масс протонов-нейтронов-электронов)

3.С той-же точностью вводим все силы, которые действуют между этими частицами также, как и в реальном мире.

4.Косметические изменения (вроде создания графической оболочки в роли трехмерного графического движка, коих много на сей день)

5.Эм.. Мне казалось, что на этом всё закончится. Посмотрите - силы есть ? Есть. Массы есть ? Есть. Процессор, который обсчитает поведения частиц есть ? Определенно. Даже графика есть. По идее, частицы сами будут вставать в такие месторасположения, в которых им находится более выгодно. А ведь так и в реальном мире - все базируется на времени-пространстве, что довольно нетрудно сделать на ПК. Разве что еще надо как-то стабилизировать отношения скорости движения электрона к скорости движения ядра и придумать такой коэффициент, при котором виртуальная симуляция сможет все просчитывать в реальном времени.

 

Сложности:

1.Малая точность измерений самого физического движка, присутствие каких-либо недостатков при адаптации физ. движка к поведению быстро-движущихся тел.

2.Ограниченное кол-во всех частиц, если требуется симуляция реального времени.

 

Но почему-же такая программа еще не существует в нормальном виде, ведь идея создания программы наверняка стара, как компьютер ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Гость Ефим

Я - мечтатель. :ah:

 

 

Кто как думает, получится-ли воссоздать программу, которая точно просчитывала бы взаимные силы взаимодействия друг с другом электронов, атомных ядер, соответственно атомов и затем молекул (причем с графической оболочкой)? А ведь это не так сложно:

"Воссоздать" - хорошее слово! Будь я сторонником палеоконтакта и поиска утерянных знаний - я бы сразу сказал - конечно, получится! :) Такого рода расчетные программы разного уровня сложности и возможностей давно делают и непрерывно совершенствуют. Дело уже дошло до простых молекул в вакууме. Но самые совершенные из них потребляют такую массу машинного времени... Тут вся проблема в слове "точно". И в том, какой смысл в это определение вкладывать.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Имел я ввиду реализовать уже существующее поведение частиц в реальном мире в рамках виртуальных технологий, хоть это совсем неподходящее место для такого глагола, как 'воссоздать', извиняюсь :)

 

Я, скорее всего, неверно изложил мысль - сверхвысокая точность ни к чему и даже лишняя, если нацеливаться на создание программы для масс, а не для ученых где-нибудь в коллайдере.. Однако, игровые (и некоторые научные) физические движки имеют свойство грубо ошибаться, причём так, что они не смогут быть использованы в такого рода симуляции.

 

Тем не менее, если движок имеет рабочий алгоритм и может использоваться для таких целей, почему всё еще так ограниченно ? (простые молекулы в вакууме при огромной затрате времени это всё-таки не идея создания симуляции большого кол-ва частиц в реальном времени)

Изменено пользователем Jarro

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Такие программы существуют. Я сам занимался такими расчетами почти 10 лет, пока не ушел из науки совсем.

 

К сожалению, работают они далеко не в "реальном времени", иногда их быстродействие - 1 кадр в неделю на суперкомпьютере!!! Все дело в том, что взаимодействие частиц существенно квантовое, по квантовым формулам его и считать надо. А это ой как сложно. Движки игр нервно курят в сторонке. При этом точными такие расчеты не назовешь, они иногда очень грубо ошибаются (например, утверждают, что Fe3O4 - металл, или еще какую-нибудь глупость в том же духе). Менее точные методы вообще не могут посчитать без ошибок даже "детские" задачки вроде структуры чистого алмаза.

 

Когда расчет готов, его результат можно, конечно, посмотреть в виде красивых картинок виртуального мира. Иногда так и делают. Но поскольку электроны - это облака сложной формы, понять что-либо по таким картинкам тяжело, цифры говорят гораздо больше. Мы ограничивались обычно одной-двумя статичными картинками для иллюстрации. Хотя для своей магистерской я делал мультфильм про искажение решетки графита при попадании туда атома серы.

Изменено пользователем Gall

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Кто бы меня профинансировал на такую программу, дали бы научного консультанта, написали бы потихоньку, подобное моделирование не очень сложно, опыт работы имеется )

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Все дело в том, что взаимодействие частиц существенно квантовое, по квантовым формулам его и считать надо. А это ой как сложно.

 

так вот в чем NaCl !

 

а чем главным образом взаимодействия отличаются ? Я то думал, что поведение электронов и протонов примерно равно поведению всех других идеальных тел кинематики и динамики из классической физики (если оставить все другие частицы и взаимодействия, такие как атомные, гравитационные, электромагнитные и т.д.) !

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Кто бы меня профинансировал на такую программу, дали бы научного консультанта, написали бы потихоньку, подобное моделирование не очень сложно, опыт работы имеется )

Оно не очень сложное только до тех пор, пока не надо учитывать электронные корреляции. То есть, будет относительно неплохо работать для s- и p-элементов, а вот на 3d-металлах и на редких землях откажет совсем. Но на соединениях чуть сложнее простой органики или простых неорганических кристаллов тоже забуксует, потому что у p-элементов влияние корреляций тоже есть, несильное, но ощутимое. Магнитные моменты на органике появляются и т.п., полная энергия скакать начинает, ну и прочие радости. Могут и вообще итерации не сойтись.

 

Я знаю группы, которые очень серьезно занимаются именно такими методами расчета.

 

А простую программу на чем-нибудь вроде ЛКАО написать можно, да, она замечательно посчитает кремний, графит, натрий и алканы, на оксидах щелочноземельных металлов начнет выёживаться, а на оксидах переходных металлов свихнется совсем.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

а чем главным образом взаимодействия отличаются ? Я то думал, что поведение электронов и протонов примерно равно поведению всех других идеальных тел кинематики и динамики из классической физики (если оставить все другие частицы и взаимодействия, такие как атомные, гравитационные, электромагнитные и т.д.) !

Хотя бы тем, что в квантовом случае электрон не меньше, а гораздо БОЛЬШЕ ядра атома. Более того, каждый электрон размером примерно с весь атом, и в атоме они "перемешаны" друг с другом. Электрон совсем не точка, он скорее облако или волна. Волновые свойства у него такие сильные, что пучок электронов дифрагирует на решетках кристаллов точно так же, как луч света на дифракционной решетке!

 

Как известно (и как я уже говорил), это называется орбиталями. Выглядят они так:

orbitals.jpg

Это можно считать формами электронов в атоме, каждый электрон размером с весь атом, имеет свою форму, все проникают друг сквозь друга (все в одном месте, по центру атома).

 

Типичный расчет движения электронов (т.н. "электронной структуры") выглядит так:

1. Задаемся положением атомных ядер, считаем ядра неподвижными зарядами.

2. Находим электрическое поле, создаваемое ядрами.

3. Примерно размещаем электроны ("угадываем" волновые функции).

4. Находим поле, создаваемое этими электронами, и прибавляем к полю ядер.

5. Вычисляем (решением уравнения Шредингера, Дирака, Кона-Шэма и т.д., в зависимости от метода) волновые функции электронов в таком поле.

6. Берем эти волновые функции и возвращаемся к шагу 4; повторяем шаги 4-6 до тех пор, пока волновые функции не перестанут меняться.

Эти волновые функции - и есть ответ.

 

Расчет движения атомов делается так.

1. Размещаем каким-то образом ядра атомов.

2. Вычисляем электронную структуру (см. выше).

3. Из электронной структуры вычисляем силы электромагнитного взаимодействия электронов и ядер.

4. Согласно этим силам сдвигаем ядра атомов (тут можно пользоваться классической механикой, можно квантовой).

5. Возвращаемся к шагу 2, пока не надоест.

Изменено пользователем Gall

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Спасибо, я почти всё понял :D

 

Только вот электронная корреляция - это что вы здесь имеете ввиду ? Это когда "волновые функции не перестают меняться" ?

 

 

Да и вообще, тут есть классные сайтики (все знают наверняка), вроде этого: http://jmol.sourceforge.net/

А там как рассчитываются молекулы при построении ? Уже математика и геометрия ? Однако, там также существуют функции расчёта электронных потенциалов, орбиталей электронов, кристаллов..

Изменено пользователем Jarro

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

×