LINUX.ORG.RU

Насколько сложно смоделировать молекулу на самом фундаментальном уровне?

 , ,


4

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 I-Love-Microsoft

хорошую книгу по вот этим всем лагранжианам, группам полям, да мне бы ротор и дивергенцию для начала осознать

Я в душе не чаю про остальное, но ротор и дивергенция настолько банальные понятия, что я просто фигею с того, как сложно все везде их объясняют.

beaver
()

Со знанием физики уровня «видел картинку атома в школьном учебнике» можешь не тратить время на моделирование. СТО/ОТО не имеет применения на таких масштабах, гравитация не является определяющей силой, а электрон не крутится. Учи матчасть!

melkor217 ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от melkor217

СТО/ОТО не имеет применения на таких масштабах

Разве дело в масштабе? Я говорил(спрашивал) про скорость электрона

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

Но и в атоме электрон тоже излучает, при переходе между энергетическими уровнями.

Deleted
()
Ответ на: комментарий от abs

Хороший список литературы: Насколько сложно смоделировать молекулу на самом фундаментальном уровне? (комментарий)

Мне кажется, сначала нужно изучить всё это, тогда вопрос о полной модели отпадет сам собой, но тот же автор уже ответил про упрощенную модель. Мне кажется это правильно - есть материальная точка, вот есть энергии связи между атомами, если рядом несколько атомов - то энергии связи такие то, а пространственное положение такое то

I-Love-Microsoft ★★★★★
()

Электрон в атоме крутится

С ним всё сложно. По сути он вероятностный объект, который находится в какой-то вероятностной области вокруг ядра атома, называемой орбиталью.

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

Так как измерения замкнутые, то излучённый фотон возвращается обратно к электрону.

Чтобы подобное происходило, электрон должен быть и излучателем и пространством вокруг себя, и никакого другого пространства для него быть не должно. Перебор.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от DELIRIUM

Да, это непросто.

Наиболее первопринципно это сейчас делается ЕМНИП через DFT (метод функционала электронной плотности). Мы правда этим не занимались. Самое прикольное что ещё 10 лет назад были эксперименты позволяющие эту самую электронную плотность мерять живьём. Как именно - не скажу, на конференции какой то мелькало.

Значительно проще это можно сделать методами молекулярной динамики, но это уже не совсем первые принципы конечно - потенциал взаимодействия придется задать руками.

Вообще у нас есть спецкурс по численному моделированию, и ТС и мог бы к нам походить если он из Мск, но вот беда - в этом году как раз спецкурса не будет по причине нехватки студентов на специализации. Тем не менее если ТС и правда мотивирован и готов че то делать - велкам, я всегда рад:-)

AntonI ★★★★
()
Последнее исправление: AntonI (всего исправлений: 1)

Могу порекомендовать

дорогому ТС почитать введение любого учебника по квантовой механике, чтобы понять что такое атом с т.з. этой самой квантовой механики. Без приступания к визуализациям и численным интегрированиям (с моей точки зрения совершенно недоступным на данном этапе).

sshestov
()
Ответ на: комментарий от torvn77

Так как измерения замкнутые, то излучённый фотон возвращается обратно к электрону.

Это нарушает неопределённость положения электрона без наблюдателя.

anonymous
()

Из личного любопытства я хочу смоделировать молекулу

Начать проще всего с «теории функционала плотности» ©.

P.S. Тут ранее тебе надавали кучу годных ссылок, но без знания квантовой механики «туды не лазь»,
глянь 2 том КМ Альберта Мессия © — книжка не самая лучшая, но относительно простая и обозримая, с описанием приближённых методов решения нестационарного уравнения Шредингера и релятивизма Дирака в КМ.
А в дополнении есть кучка потребных тебе методов «математической кулинарии».

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

Это нарушает неопределённость положения электрона без наблюдателя.

А почему ты решил, что электрон в атоме не находится под наблюдением?

Пояснение остальным: в квантомеханической терминологии взаимодействие с чем либо называется измеренеием или наблюдением, например когда футболист бьёт ногой по мячу то он этот мяч наблюдает/измеряет, а мяч в свою очередь наблюдает/измеряет футболиста.

torvn77 ★★★★★
()
Последнее исправление: torvn77 (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от torvn77

А почему ты решил, что электрон в атоме не находится под наблюдением?

Как ты его наблюдаешь, если он не излучает?

anonymous
()

всё тлен

Описать и смоделировать в дискретной примитивной системе то что не вполне поддаётся для начала осмыслению та ещё задача. На этапе попыток формализовать представление в форму позволяющую переложить всё это в математику должно возникнуть понимание тщетности бытия.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от torvn77

Как минимум его протон

По простому не хочешь. Мож и по сложному.

«Квантовое событие» для электрона (по-простому) - это когда электрон «засветился».

С одной стороны электрон не терял своей неопределённости - квантового события не был - электрон не «засветился».

С другой стороны ты (ТЫ) утверждаешь, что постоянно происходят квантовые события (причём парами), которых никто «не видит». Вау!

anonymous
()
Ответ на: комментарий от anonymous

Я там хотел добавить то, что вполне служит ответом на твой пост:

И во вторых, почему возвращение в замкнутом измерении фотона к испустившему его электрону противоречит принципу неопределённости?
Я же не говорю что электрон возвращает себе фотон, просто всё измепение маленького размера, так что небось конец фотона взаимодействует с его началом :))

То есть там фотон небось сам себя наблюдать может.

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

То есть там фотон небось сам себя наблюдать может.

Для этого он должен иметь «время». Скорость света, приятель.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от torvn77

Как минимум его протон

Это бы изменило квантовое состояние протона.

Я же не говорю что электрон возвращает себе фотон

Именно это ТЫ и говоришь.

anonymous
()

Каждый раз поражаюсь количеству спецов по фундаментальной физике на ЛОРе.

ТС, а что конкретно ты собрался моделировать? Какой именно аспект поведения атома водорода тебя интересует. Фраза «моделировать кварки» довольно бессмысленна, потому что как там ведут себя эти кварки внутри протона мы просто не знаем. Есть программы которые используются для симуляции столкновений в коллайдерах. Pythia (https://arxiv.org/abs/0710.3820v1), PowHeg (https://arxiv.org/abs/0707.3081), SHERPA (https://arxiv.org/abs/0811.4622), MC@NLO (https://arxiv.org/abs/1010.0819), и еще штук десять, все разные, все для разных ситуаций. Разбираться в них не зная современной физики бесполезно. Ты не поймешь ни что они делают, ни что вообще означают результаты их работы. Так ты современную физику не изучишь.

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

Это бы изменило квантовое состояние протона.

Ну допустим квантовое состояние протона изменено, и что тогда?

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

тут глубокоуважаемый топикстартер хочет

«смоделировать молекулу» (приводя в пример задачу 3-х тел), а вы ему нестационарное уравнение Шредингера уже предлагаете решать и теорию функционала плотности :)

Это же разные уровни игры…

sshestov
()
Ответ на: комментарий от torvn77

допустим квантовое состояние протона изменено, и что тогда?

Тогда должен быть «наблюдатель». «Чем дальше в лес, тем больше дров». (Напоминаю, замкнутая система «наблюдателей» вырождается в 0).

anonymous
()
Ответ на: комментарий от anonymous

А где ты увидел у меня замкнутую систему.

То что часть измерений свёрнуты не значит что они не имеют пересечений с 3 макроизмерениями и объект в них совсем не наблюдаем.

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

и объект в них совсем не наблюдаем.

Где этот «неуловимый Джо»? Не вижу «наблюдателя» вне ТВОЕЙ замкнутой системы «электрон-протон-электрон».

anonymous
()

Афтар, сначала смоделируй себя, пытающегося смоделировать атом. На самом фундаментальном уровне.

А дальше пойдет как по маслу.

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

Не, с @insw - ща он задвинет про грибоэлектричество древних русов и расово чистую истинную физику Рыбникова.

Электроатомы, электромолекулы и вот это все.

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

Не, с @insw - ща он задвинет про грибоэлектричество древних русов и расово чистую истинную физику Рыбникова.
Электроатомы, электромолекулы и вот это все.

В треде @metaprog он просто троллит /например, что он бросил школу/, да и @metaprog специально «набрасывает».
Вот только не пойму, какая им радость от того, что их все «чихвостят»?

Владимир

anonymous
()

Абсолютно точное 100% описание-имитация-изображение (в самом широком смысле) объекта ничем не отличается от самого объекта. Полная имитация вселенной приводит к появлению новой вселенной. Потому что информация об объекте и есть сам объект.

targitaj ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AntonI

Мазохиcты?

Шутка.

«Извращенцы».

Владимир

anonymous
()
Ответ на: комментарий от I-Love-Microsoft

математика там просто сатанинская, причем быть может она подъемна если посвятить этому всю жизнь, может лет через 10-15 можно начать что-то понимать

Как в свое время заявил нобелевский лауреат Ричард Фейнман, по-настоящему никто не понимает квантовую механику. Уверенно использовать квантовую механику ученые умеют. Но она до сих пор остается черным ящиком. По сути, физики понимают эту теорию не лучше, чем рядовой пользователь — то, что происходит в его смартфоне. А вы о математике.

anonymous
()

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC_%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0

Решение уравнения Шрёдингера для электрона в электростатическом поле атомного ядра выводится в аналитической форме. Оно описывает не только уровни энергии электрона и спектр излучения, но и форму атомных орбиталей.

Это элементарный случай, все остальное существенно сложней.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от anonymous

форму атомных орбиталей.

Вот это всех и сносит. Замените что ли на «форму атомных сфер» или «форму атомных облаков». А то так и будете к Бору всё время возвращаться.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от anonymous

Это не сферы, p-орбиталь похожа на вытянутую гантель.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от morse

Каждый раз поражаюсь количеству спецов по фундаментальной физике на ЛОРе

Физики выбирают слаку, а слака это Linux. Всё логично. Но меня тоже удивляет это, с другой стороны радует

I-Love-Microsoft ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от I-Love-Microsoft

Если кто не понял, это был сарказм :)

Из присутствующих в этом треде в физике, по-моему, не разбирается никто.

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

в физике, по-моему, не разбирается никто.

Подтверждаю. И ТС тем более.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от I-Love-Microsoft

Не слушайте @morse - он точно в физике не разбирается, даже на школьном уровне. У меня напротив него соответствующий комментарий стоит.

AntonI ★★★★
()
Ответ на: комментарий от menangen

Исаак Ньютон смотрит на Вас с недоумением.

AntonI ★★★★
()
Ответ на: комментарий от morse

Я, конечно, за почти 20 лет забыл очень много, но так-то я физик-теоретик (который, правда, по специальности не работал ни дня).

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

за почти 20 лет забыл очень много

Ты занимался численным моделированием партонных процессов в конце девяностых? Ладно, на самом деле я вполне верю что здесь есть пара выпускников физических вузов. Но именно они обычно в такие темы или не пишут вообще, или очень мало.

morse ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от gremlin_the_red

Надо когда-то сделать опрос посетителей форума, о специальности. Если уже был, то ткни носом)

Artamudo ★★★★
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.