LINUX.ORG.RU

Насколько сложно смоделировать молекулу на самом фундаментальном уровне?

 , ,


2

2

Я не физик, в некоторых терминах могу ошибаться.

Из личного любопытства я хочу смоделировать молекулу (самую простую, как мне кажется H2, или хотя бы один атом водорода), на самом фундаментальном (то есть моделируя не протоны и электроны, а кварки из которых состоят протоны и нейтроны) уровне.

У меня есть несколько вопросов

а) насколько это легко, мне, как программисту который физику знает лишь поверхностно б) насколько это легко моему компьютеру с i7-4770, 16Gb, если я хочу смоделировать скажем момент соиденения двух атомов в молекулу в) в какую сторону копать?

Для сравнения примитивное моделирование гравитации для меня было простым занятием. Берем N точек, даем им координаты и массу, каждый тик времени вычисляем силу притяжение по формуле

F = m1*m2 / R^2. 
a = f/m; 
x += dx; 
dx += a;
для y аналогично

Дальше построив по координатам график можно было увидеть как тела движутся по эллипсу.

Сейчас же все выглядит для меня заметно сложнее.

  1. Насколько я понимаю привычных x,y координат ни у кварков, ни у протон/электрон не существует, мне нужна пси функция?
  2. Электрон в атоме крутится на около световых скоростях, следовательно мне нужно СТО/ОТО и привычные формулы типа dx += a перестают работать?
  3. Сложно будет визуализировать?
  4. Начальные условия нужно тщательно подобрать? (В случае с гравитацией все просто - одно тело неподвижно, второе движется не в сторону первого)
★★★

Ответ на: комментарий от abs

Насколько я знаю, с точки зрения физики, квантовые формулы ты не визуализируешь. Ну, если только, «трассы» от кварков.

А с практической точки, моделируют с точки зрения химии.

vvn_black ★★★★★ ()
Последнее исправление: vvn_black (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от abs

Для лучшего понимания физических процессов? Так не получиться. Либо ты напишешь ошибочную модель(и лучшего понимания, разумеется, не будет), либо перед написанием осилишь нормально теорию(и тогда визуализатор нах не нужен)

anonymous ()

Дальше построив по координатам график можно было увидеть как тела движутся по эллипсу.

На квантовом уровне ничего никуда не движется.

vvn_black ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от vvn_black

На квантовом уровне ничего никуда не движется.

Я догадывался, по этому и спросил как это визуализировать. Возможно вместо отображение x,y координат (которых не существует в квантовом мире) я могу выводить другие параметры которые дадут мне понимание?

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от anonymous

Так не получиться. Либо ты напишешь ошибочную модель(и лучшего понимания, разумеется, не будет), либо перед написанием осилишь нормально теорию(и тогда визуализатор нах не нужен)

Вот у меня не складывается картина. Есть много разных формул которые касаются атома, я не понимаю как они комбинируются вместо.

Но я так понимаю когда я напишу аналог

dx += a/m только вместе x у меня будут некоторые квантовые параметры я и пойму как формулы вместе работают

abs ★★★ ()

на самом фундаментальном (то есть моделируя не протоны и электроны, а кварки из которых состоят протоны и нейтроны) уровне.

Наука не стоит на месте: кварки бывают разные, а отсюда теория, что они должны состоять из чего-то (преоны).

gag ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от anonymous

Я хочу написать свою ОС! Предыдущий опыт: умею включать компьютер…

Дорогой анонимус, если ты подскажем мне тут промежуточный шаг между оченьЛегко -> оченьСложно в плане моделирования физического процесса я буду очень довольный

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от vvn_black

Насколько я помню пси функция не имеет физического смысла, а квадрат пси функции это вероятность «нахождение» частицы в конкретном месте. Но я не уверен что я именно это хочу визуализировать

abs ★★★ ()

а) насколько это легко, мне, как программисту который физику знает лишь поверхностно

Там такая адова математика, что скорее всего тебе это в одиночку не осилить, хотя проект интересный.

cast @WerNA

torvn77 ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от abs

Я к тому, что для написания визуализатора придётся сначала понять. Т. е. собственноручно написанный визуализатор пониманию никак не способствует

anonymous ()
Ответ на: комментарий от torvn77

Там такая адова математика, что скорее всего тебе это в одиночку не осилить, хотя проект интересный.

окей, если отойти от кварков, и пробовать моделировать электрон и протон в атоме водорода, это будет посильно?

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от abs

Для начала научись решать численно диффиринциальные уравнения.
И поиграйся с решением уравнения Шредингера (time dependent) для разных систем

anonymous ()
Ответ на: комментарий от abs

На квантовом уровне ничего никуда не движется.

Я читал что квантовая теория умеет только в состояния, а вот переход, перестройку одного состояния в другое как таковую описывать не умеет.

То есть ты сможешь только просчитать что может существовать молекула воды, может существлвать молекула NaOH, а вот как одно переходит в другое во время химической реакции в рамках квантовой механики посчитать не сможешь.

Именно по этому как я понимаю физика химию ещё не поглотила.

torvn77 ★★★★★ ()
Последнее исправление: torvn77 (всего исправлений: 3)
Ответ на: комментарий от anonymous

Я к тому, что для написания визуализатора придётся сначала понять.

Я не против, как раз таки и хочу понять.

Приведу пример, я проходил в универе пси функцию, и например, тунельный эффект в полупроводниках, я мог решать задачи где она была. Но я вообще не понимал о чем речь. Я просто выучил N формул и применял их. А я все таки хочу понять суть, а не уметь решать задачи

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от vvn_black

Дык, есть же картинки «Визуализация орбиталей атома водорода» в вики-статье про атом водорода.

Щас гляну, но все таки я хочу это скодить, а визуализация тут второстепенная

abs ★★★ ()

Если ты хороший программист и у тебя за плечами функан, теория групп и прочий матан, то всё просто — читаешь квантовую электродинамику, квантовую хромодинамику, с таким матаппаратом они особых трудностей не вызовут, разве что годик-другой вечера будут заняты. Понимаешь, что тебе надо прочитать ещё остальные разделы квантовой теории поля. Пытаешься читать и понять, не понимаешь, плачешь, уходишь в запой (или в окно), бросаешь эту бесполезную попытку.

gremlin_the_red ★★ ()

а) насколько это легко, мне, как программисту который физику знает лишь поверхностно

сложно

б) насколько это легко моему компьютеру с i7-4770, 16Gb, если я хочу смоделировать скажем момент соиденения двух атомов в молекулу

сложно, см пункт а

в) в какую сторону копать?

начни как минимум с диплома какого-нибудь физтеха

ZERG ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от vvn_black

Давай я задам вопрос по другому, могу подобрать неправильные слова.

Вот давай на примере с простой моделью гравитации

есть N частиц, у каждой из этих частиц есть M параметров (такие как масса, координаты, скорость) и есть шаг моделирования в котором я беру все эти параметры всех частиц - и вычисляю новое значение.

Дальше я могу как-то это визуализировать (Вывести x,y координаты в 2д, вывести x,y,z координаты в 3д, вывести скорость частиц как «хвост», и так далее) визуализация это просто Некий способ как-то отобразить эти параметры.

Я хочу по аналогии сделать для атома. Я спрашиваю вас какие параметры я должен взять для электрона и протона (типа массы, спина, электрического заряда, «скорость и координаты» (их квантовый аналог). А также формулы для шага моделирования

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от abs

моделировать электрон и протон в атоме водорода

Вроде модель атома водорода - это посильная задача для хорошего студента. С моделями других атомов говорят полная жопа. Смоделируешь - нобелевку получишь :)

Но я не настоящий сварщик, просто слышал где-то…

sergej ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от vvn_black

Это, кмк, как уже сказали задача двух и более тел.

Несовсем понимаю, для 4 тел в гравитации в моей модели ничего не меняется.

Для каждого из N тел я вычисляю силу притяжения ко всем остальным телам - дальше сумирую эти вектора и получаю результирующую силу

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от Andreezy

Советую автору смоделировать свою модель солнечной системы

И как это поможет моделировать атомы?

Тем более, автор, вроде как, смог cделать что-то вроде N-body simulation

Deleted ()
Ответ на: комментарий от abs

есть N частиц,

Не N частиц, а n мерная решётка K×N×M×… осциляторов.

у каждой из этих частиц есть M параметров (такие как масса, координаты, скорость)

Кусок n мерного пространства, скорее всего 10 или 12 мерного, в котором болтается тензор энергии-импульса, который его содержимым сворачивает это пространство в ту или иную трёхмерную частицу.

То есть можешь начать с моделирования магнитного поля как релятивисткого эффекта от электрического поля.

И т.д., и т.п. всякие ужасы ждут тебя на твоём пути.

Вывести x,y координаты в 2д

Геодезические линии показывающие одинаковый уровень квадрата волновой функции ты можешь вывести.

И прочитай пост, там тебе примерно станет ясно что тебе надо моделировать:
Что должно быть перед водородом в оригинальной таблице Менделеева? (комментарий)

Кратко: каждая частица это той или иной навороченности солитон.

torvn77 ★★★★★ ()
Последнее исправление: torvn77 (всего исправлений: 5)
Ответ на: комментарий от abs

Несовсем понимаю, для 4 тел в гравитации в моей модели ничего не меняется.

Для каждого из N тел я вычисляю силу притяжения ко всем остальным телам - дальше сумирую эти вектора и получаю результирующую силу

Начиная с трёх тел, малейшая ошибка в вычислениях быстро накапливается и твоя модель не показывает ничего похожего на реальность. При вычислениях есть некоторые способы слегка повысить точность, но ты же их не используешь?

x3al ★★★★★ ()

Не слушай пытающихся казаться умными красноглазиков. Смоделировать молекулу на самом фундаметальном уровне нельзя по совершенно другой причине: никто не знает, где этот фундаментальный уровень находится и как там всё устроено.

А если ты про модель Бора, то там всё довольно просто. Только эта модель, скажем так, довольно приблизительная.

anonymous ()
Ответ на: комментарий от x3al

Начиная с трёх тел, малейшая ошибка в вычислениях быстро накапливается и твоя модель не показывает ничего похожего на реальность. При вычислениях есть некоторые способы слегка повысить точность, но ты же их не используешь?

Не использую, моя цель была увидеть наглядно как это работает.

Грубо говоря, я узнал две вещи:

закон всемирного тяготения,
Первый закон Кеплера. 

И воспользовавшись только законом всемирного тяготения у меня получилось увидеть эллипс.

Вот я что-то похожее хочу для атома. Есть N законов/формул которые я знаю или готов прочитать. Я также знаю что атом водорода существует. Вот я хочу применить формулы и чтоб получился атом водорода

abs ★★★ ()
Ответ на: комментарий от abs

Ты не сможешь смоделировать атом так же, как моделируется скажем солнечная система.

Почему написано здесь: Насколько сложно смоделировать молекулу на самом фундаментальном уровне? (комментарий)

torvn77 ★★★★★ ()
Ответ на: комментарий от anonymous

А если ты про модель Бора,

Не уверен, но мне кажется мне нужно ПРИНЦИПИАЛЬНО НЕ(!) МОДЕЛЬ БОРА.

Я не хочу моделировать конкретно атом, я хочу смоделировать электрон и протон - а атом должен сам образоваться.

Грубо говоря по аналогии с «Первый закон Кеплера» я мог бы сразу смоделировать эллипс, но нет - я смоделировал только закон гравитации - а эллипс уже был следствием

abs ★★★ ()