3. Jakie podejście obliczeniowe powinniśmy zastosować, jeśli interesowałoby nas modelowanie procesu zachodzącego w środowisku wodnym?

Question 1

Jaka metoda do śledzenia procesu w środowisku wodnym?

Answer 1

Jeśli chcemy śledzić zachowanie procesu w czasie w środowisku wodnym, należy zastosować metody Dynamiki Molekularnej (MD). W MD rozwiązywane są klasyczne równania ruchu, a kolejne obliczane stany są tworzone na podstawie poprzedniego stanu – możemy w ten sposób badać fizyczne zmiany, jakie przechodzi cząsteczka w trakcie procesu w czasie.

Question 2

Jaka metoda do śledzenia procesu w środowisku wodnym? (dlaczego nie MC)

Answer 2

Gdybyśmy zastosowali symulację Monte Carlo (MC) otrzymalibyśmy termodynamiczne prawdopodobieństwo kolejnych stanów, wygenerowanych jednak w sposób pseudolosowy, niezależny od czasu – uniemożliwia to więc śledzenie procesu.

Question 3

Śledzenie procesu w środowisku wodnym - Periodic Boundary Conditions

Answer 3

Ze względu na ogromny rozmiar przestrzeni fazowej (opisującej dynamiczny układ) dla układu w środowisku wodnym (ilość kombinacji to 2^(6N) przy N atomach, a przy badaniu cząsteczki w wodzie to są tysiące atomów), należy zastosować odpowiednią technikę, pozwalająca na ograniczenie badanej przestrzeni – stosujemy wtedy periodyczne warunki brzegowe (periodic bonduary system, PBS), w których cząsteczka zawieszona jest w „pudełku” rozpuszczalnika – cząsteczki rozpuszczalnika po osiągnięciu granicy pudełka pojawiają się po jego drugiej stronie, z tą samą prędkością. Dzięki temu cząsteczki mogą poruszać się swobodnie, symulując większy zbiornik, jednocześnie ograniczając liczbę atomów, których stany należy obliczyć. Liczba atomów w pudełku pozostaje stała.