Молекулярное моделирование

Сразу оговорюсь, я пранирую это к реализации не скоро(чрез десятки месяцев), пока просто обдумываю.

Итак допустим у нас есть некая виртуальная коробка, в которой есть атомы, эти атомы прибывают в движении
(имеют температуру), взаимодействуют между собой по определённым правилам и тп.
Коробка изготовлена из идеального матерьяла(не взаимодействует с атомами химичиски,
не отдаёт и не поглощает тепло(атом натолкнувшийся на неё отражается как от заркала)). Мы имеем возможность
создавть разные атомы(в разных координатах с любым вектором и энергией),удлять их тп.(собственно редактировать
содержимое коробки).

Собственно вопросы над которыми я думаю:
1.Как увеличить точность моделирования?
Возможные решения: Увеличение числа свойст атомов(значительно ратёт требуемая вычислительная мощность).
Более сложные алгоритмы(какие?).
2.Как добися того чтоб при приемлемом качестве и количестве моделирования
мне не нужно было бы арендовать манфрейм?
Возможные решения: GPU(ограниченые возможности процессоров).
Распередлённые вычисления(при таком подходе требуются мощьные каналы связи, либо про real time можно забыть).

Спасибо за участие.

 

Что является целью моделирования?

 

Research & Development.

 

Нет, это цель выполнения работы. А интересует: цель моделирования. Что хочется получить в итоге?
Наиболее общий случай - вектора скоростей частиц в произвольный момент времени? Тогда это классическая задача N тел, для которой о реалтайме можно сразу и навсегда забыть.
Или это какие-то частные характеристики, типа возможных траекторий прохождения электрического разряда или распределения координат температурных флуктуаций? Тогда можно попробовать потрепыхаться.

 

Как можно более точное моделирование реально происходящих на молекулярном уровне процессов.
Проще говоря чтоб после разработки(конструирование,тестирование,...), это можно было изготовить, и оно работало.
Рилтайм в иделе, но хотя-бы не недели.

 

Гм. На молекулярном уровне реально происходит огромное количество процессов. Если Вы хотите смоделировать сразу все, не представляя, какие они бывают, - то флаг Вам в руки.

 

AlexCab

Не возможно, так как механизмы не известны. Мб обманный тупайзер чего прояснит.

 

Ну и? симулятор броуновского движения? Чтоб картинку посмотреть? Можно сделать так: нарисовать "паркетный" гиф с анимацией. Тоже "паркетной". На котором скажем 100 частиц на площади 2х2 см сталкиваются и летают от стенки к стенке. Надо больше - выводим 16 экземпляров этого гифа, 4х4 )) и наслаждаемся картинкой. Еще больше - не проблема. И никаких сложных расчетов.

 

drmad
Clerk
Если бы было просто небыло бы интересно

PS: Пока я не слишком глубоко капал, но по моему это уровень химии(не субатомарный), здесь подробнее.

 

Не-не, просто - не просто, а смысл в обсчете кучи частиц и их движения только один - посмотреть картинку. Среднюю скорость считают по другому, одной достаточно линейной формулой. Число соударений в зависимости от температуры и давления - тоже формулой. Для этого не надо моделировать ящик с молекулами.

Как можно более полное - это значит задаем реальные атомы, для каждого считаем уравнение Шредингера, двигаем их и... ну короче если не на неделю расчета, то пожалуй пару частиц можно и столкнуть, и реакцию сосчитать. Иначе надо погружаться в моделирование, приближенные решения уравнения Шредингера, полуэмпирические методы, выбирать подходящий... Это кандидатская диссертация по физ-химии! А то и на докторскую потянет Особенно если обосновать выбор метода, сравнить результаты моделирования с экспериментом, и я не о броуновском движении, а о реакциях в газах (то есть то, что сталкивается, не просто упруго отскакивает друг от друга, но может и вступать в реакции. В целый набор реакций, которые тоже нужно обосновать. Например, то, что записывают как 2H2+O2=2H20, в газовой фазе может выглядеть как-то так:
H2 + e <-> 2H* +e (молекулу разломало на атомы)
H2 + e <-> H* + H- (то же, но с захватом электрона)
H2 + e <-> 2H+ + 3e (разломало на ионы, с выбиванием электронов)
...
и так же с кислородом, а потом для каждого иона или радикала реакции с каждым из.)
Это точно диссертация. А то и несколько.

 

FatMoon

Вы верно поняли мысль.

Это собственно и является проблемой.

Разумеется, разве я писал что требуется апсолютная точность.

Примерно так я это и представляю.

Достичь апсолютного соответствия модели пожалуй в принципе не возможно(хотя бы по тому что доподленно не извесно что
находится ниже атомарного уровня), но возможно достичь точности приемлемой для практических целей(или я не прав?).

 

Ну тогда темы для поиска:

численное моделирование физических процессов
численное моделирование методом частиц
метод частиц в ячейке
взаимодействие частиц метод монте-карло

Что-то наверняка поможет. Читаем, читаем, читаем. Про реакции в газах, стат-термодинамику, про метод Монте-Карло, и "Численное моделирование методом частиц" тоже обязательно читаем, прямо книга такая есть. И несколько диссертаций можно найти. В основном связанных с низкотемпературной плазмой. А, ну и по мере чтения ссылки какие-нибудь будут, тоже наверняка пригодятся. Это не для форумного обсуждения, никто (даже зная как) за другого бесплатно диссертацию не делает А если это безумная идея с собственной защитой никак не связана - ну удачи в изучении

 

FatMoon
Thanks, будем курить понемногу.

О да, с моим среднеспециальным как раз дисертации писать, это хоби.

 

Вполне можно сделать движок для моделирования простейших взаимодействий между несколькими десятками атомов. Но не нужно ожидать от него достоверности) Вы только представьте сколько взаимодействий нужно будет просчитывать между одной частицей и всеми остальными(электроны, ионы) , не забывая про динамику внутри атома, которая еще до конца не понятна физике. И всё это на сумашедших скоростях в природе функционирует.
Недавно в сети видел новости про то как амеры "загрузили" в супер эвм какоето самое изученное одноклеточное и оно там прожило немного(непомню сколько но мало) и "сдохло" конечно изза не точности моделируемых взаимодействий. ссылку не смог найти. но нашел про моделирование вируса http://www.3dnews.ru/news/619771/


Отрывок "...Рабочим инструментом стал суперкомпьютер Mole-8.5, включающий более 2200 графических процессоров NVIDIA Tesla в 288 узлах. Изучение бактерий и вирусов в лабораторных экспериментах является сложной задачей, так как реакции проходят слишком быстро и их затруднительно распознать и проанализировать.

Ученые разработали приложение симуляции молекулярной динамики исследуемой системы, которое использует технологию вычислений на базе GPU..."

 

Хинт топикстартеру: молекулу нельзя в общем случае рассматривать как сборище атомов-шариков, прилипших друг к другу за счет валентных/ковалентных связей. Это упрощенное представление, возникшее исторически, и преподаваемое в школьной химии так для того, чтоб школьникам было понятно.

Для примера возьмите хотя бы молекулу бензола. Нельзя ее свойства вывести из того, как соединились атомы водорода и углерода, рассматриваемые как дискретные объекты. Воникающее в ней бензольное ядро - фактически самостоятельная сущность, которую нельзя рассмастривать составленой из электронов и(или) атомов. Атомы могут заменяться, а бензольная сущность будет оставаться.

 

Помнится на вышке разбиралась система диф. уравнений отражающей
изменении температуры в упругой замкнутой среде. Нагревание и остывание стержня.
Система сводилась к уравнению струны и потом делались
выводы типа: "А представьте что было бы если бы начальные характеристики модели этого процесса
мы уточнили бы?"
Когда предложили эту усложненную задачу взять на курсовой - я сказал, что как человек верующий
я считаю кощунством, с моей стороны, принять такой вызов. За что получил типовое задание, потом свою твердую тройку
и презрение математика и много освободившегося времени чтобы радоваться жизни. )))

 

Clerk

Да механизмы непонятны.
Тупайзер ничего не прояснит. Это все равно что взять часы и попробовать их разбить чтобы узнать как они действуют.
При этом учёные построили огромный молоток, больше чем кувалда. И хотят нам сказать что они там что-то разберутся, это бред. Просто осколков будет больше.

 

Pavia
Здрасти. Пришлось порегать новы ник, чтобы вам ответить

Я тоже думаю что коллайдер затея безнадёжная. И моё мировозрение не с проста возникло. Есчо со школы меня пичкали всяким бредом, ложью типо СТО. Сейчас я понимаю каким был наивным, ибо раньше я не размышлял, а принимал всё за святую истину. Теперь я размышляю, у меня есть время, желание и возможности подумать над тем, что мне преподносят. СТО тема интересная была недавно для меня, теперь мне это мало интересно. Я ненавижу этих псевдоучёных, которые зомбируют не созревший разум студента этой ересью. Таких нужно жечь на кострах.
Я пытался обсудить СТО два раза на днях на форумах по этой тематике. И за это время я понял что имел ввиду Олег Акимов говоря что релятивисты больные люди. Всякий аргумент, на который нельзя дать ответ в рамках теории выпиливается вместе с автором - человек тутже уходит в бан с отправкой изучать эту бредовую матчасть. Разум - нет такого уже в физике. Эйнштейн действительно был гением, я бы наверно такую спекуляцию не смог придумать. Честно говоря прямо впечатляет, даже вызывает эмоции. Суть в том, что всякий физическций закон имеет смысл только если метрика фиксирована, тоесть время определено(длительность), длина тела определена етц. Если сделать эти параметры переменными, то окажется(внимание - вот она гениальность) что любую, фактически любую формулу можно сделать валидной!
Далеко не нужно ходить, в сто парадокс на парадоксе. Свет распространяется с конечной скоростью. Очевидно что двигаясь на встречу свету скорость его увеличится, а частота волн повысится, также как и со звуком, это обычный Доплер. В сто же для махинаций постулировано что скорость света постоянна и для приёмника. Тоесть это временные парадоксы, которые в рамках теории разрешаются вроде бы просто. Но если размышлять, это вызывает противоречия типо парадокса близнецов и прочих аномалий. Как такие спекуляции можно называть физикой, это даже не магия, это нaeбательство в прямом виде. Форумула s = v*t валидна в любом случае, например s = 2*v*t - сократим путь или время, это полный беспридел. Акимов это хорошо описал и только при одном упоминании его релятивисты начинают срать кирпичами. Ненавижу их и всю эту ложь.
Дем со смыслом, отличный:

 

AlexCab

Только конкретные в определенное время ..
Пример: от хрен знает чего, модификация нестабильных атомных ядер. Ядерная и вообще вся работа с атомами это полнейший агностицизм.

 

ejbfcrfvyr
Дело не в СТО.
А дело в том что есть: СТО, ОТО, вероятностная теория, теория Ньютона, теория элементарных частиц, волновая теория, квантовая теория, теория струн.
Зачастую это всё преподносится как случившийся факт. Хотя это только теории, но с них можно получить профит при реальном применении.


И это всё теории. Если Ньютона с его предложением что частицы предстовимы в виде шариков легко опровергли в виду существования волновых эфектов у так называемых частиц. Правда сама волновая теория основана на дискретном представлении о мире, то есть изначально предполагают существования некоторых частиц, которые излучают волны.

Ньютоновская теория до сих пор жива. Его идеи продолжают жить в виде теории элементарных частиц.
Элементарные частицы это не ньютоновские частицы. Это наборы свойств. Отсюда проблема дуализма.

Попробую объяснить, не уверен что получится. В список свойства частицы включили пространство и время что создало частицу. Но другие свойства физически не привязаны к частице. А мы их привязали логически назвав это частицей. Отсюда мы наблюдаем такое явление что заряд есть, а координата частицы неизвестна. Вся теория разрушена на первом шаге.

Есть еще одно ответвление это квантовая теория. Пробуют волновую теорию увязать с ОТО. Причём любопытно что они за константу приняли постоянную планка и скорость света. Две постоянных из двух разных теорий.

Вероятностная теория, основано на известном уравнение Шредингера. Тут вопросов к теории нет. Дело в практике. Да и смысл этого уравнения мало кто понимает. А оно простое.
Вероятностная теория не раскрывает внутренних механизмов, она описывает только следствие. Что даёт мало пользы.
Можно делать прогнозы, и на них что-то получить. Но тут уже встают проблемы математики. Никто толком не занимался теорией вероятности за исключением криптографов. Но и они только освещают проблемы, а не их решения. Но это из другой области.