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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 分子模拟 » MS » 请教分子力学与分子动力学的区别
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shengxiang

木虫 (著名写手)

[交流] 请教分子力学与分子动力学的区别

两者有什么区别？希望大家讨论讨论~
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先进材料与分子模拟 MD分子动力学 催化与分子模拟 模型 - 模拟 - 统计 - 热力学
分子力学

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1楼 2011-09-14 14:29:53
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
cenwanglai(金币+5): 2011-09-15 11:18:10
cenwanglai(模拟EPI+1): 2011-09-15 11:18:27
shengxiang(金币+8): 2011-09-17 21:55:57
不同意楼上的说法。简单说，分子动力学是一种基于统计热力学的分子模拟的采样方法；任何一种模拟方法都需要计算能量，而分子力学则是计算能量的方法之一，核心思想是把分子看成是弹簧连成的小球；基于分子力学的模拟叫经典分子模拟。你还可以用量子力学计算能量去跑动力学，那叫量子分子动力学模拟。量子力学的核心思想是把分子看成是由电子云连接起来的原子核。所以量子力学又叫电子结构计算。

那你会问，采样和计算能量的区别：采样就像你要去另外一个城市，这是目的；而计算能量的不同方法好比你坐汽车或坐飞机。

为什么要采样呢？采样，Sampling，是研究材料性质，或一种变化过程的方法，它基于这样一种想法，即物质呈现的宏观性质，是由许多微观状态决定的；不同的微观状态，有不同的体积，能量，压强等性质；体系，即分子原子的集合，在不同的状态（位置）之间来回快速切换；实验测量的体积，密度等性质，其实是所有这些微观状态的平均值。只要你能模拟到许多微观状态，你就能通过求平均获得宏观的测量值，去和实验值比较。这其实是平衡态统计热力学的核心思想。此外还有非平衡态的统计热力学。核心思想都一样：采样！即尽可能找到那些最可能出现的微观状态，然后统计求平均。

怎么采？你搭了一个盒子，一个初始构象，怎么驱动原子分子在设定的外界条件比如温度，压力下访问一些可能的状态？这主要有2种方法：MD,或MC。MD,动力学，按照牛顿老人家的说法，原子分子也就是些球球，它们在力的作用下会运动，那好，我计算原子的每一步的位置，受力，加速度，位移，让它自动去跑，这叫模仿自然演进。l另外一种采样方法，MC，蒙特卡洛，是随机动力学方法，不考虑受力，原子的移动是随机的，至于移动的合理不合理，那由下一步的能量决定。能量低，肯定合理，接受；能量高，高多少？越高越不合理，那好，我根据能量高多少来决定接受的概率。由此可见，MD和MC同属于采样方法，但核心思想有较大差别。它们唯一的共同点是，需要计算每一步的能量。（分子动力学MD中计算力，而原子受力是体系能量对原子坐标的一阶导。记住这句话。）

正如上面所说，计算能量可以用分子力学，也可以用量子力学。注意，用量子力学不等于考虑了原子的量子效应。因为分子动力学本质上是依照牛顿经典力学方法，所以，所谓量子分子动力学，其模拟结果也是在经典力学极限下的模拟。“量子力学”中的“量子”，只处理电子的量子效应，与原子，分子的量子效应没有一毛钱的关系。
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shengxiang
3楼2011-09-15 04:50:59
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★
御剑江湖(金币+5): 谢谢 2011-09-15 20:35:54
不同意楼上的说法。简单说，分子动力学是一种基于统计热力学的分子模拟的采样方法；任何一种模拟方法都需要计算能量，而分子力学则是计算能量的方法之一，核心思想是把分子看成是弹簧连成的小球；基于分子力学的模拟叫经典分子模拟。你还可以用量子力学计算能量去跑动力学，那叫量子分子动力学模拟。量子力学的核心思想是把分子看成是由电子云连接起来的原子核。所以量子力学又叫电子结构计算。

那你会问，采样和计算能量的区别：采样就像你要去另外一个城市，这是目的；而计算能量的不同方法好比你坐汽车或坐飞机。

为什么要采样呢？采样，Sampling，是研究材料性质，或一种变化过程的方法，它基于这样一种想法，即物质呈现的宏观性质，是由许多微观状态决定的；不同的微观状态，有不同的体积，能量，压强等性质；体系，即分子原子的集合，在不同的状态（位置）之间来回快速切换；实验测量的体积，密度等性质，其实是所有这些微观状态的平均值。只要你能模拟到许多微观状态，你就能通过求平均获得宏观的测量值，去和实验值比较。这其实是平衡态统计热力学的核心思想。此外还有非平衡态的统计热力学。核心思想都一样：采样！即尽可能找到那些最可能出现的微观状态，然后统计求平均。

怎么采？你搭了一个盒子，一个初始构象，怎么驱动原子分子在设定的外界条件比如温度，压力下访问一些可能的状态？这主要有2种方法：MD,或MC。MD,动力学，按照牛顿老人家的说法，原子分子也就是些球球，它们在力的作用下会运动，那好，我计算原子的每一步的位置，受力，加速度，位移，让它自动去跑，这叫模仿自然演进。l另外一种采样方法，MC，蒙特卡洛，是随机动力学方法，不考虑受力，原子的移动是随机的，至于移动的合理不合理，那由下一步的能量决定。能量低，肯定合理，接受；能量高，高多少？越高越不合理，那好，我根据能量高多少来决定接受的概率。由此可见，MD和MC同属于采样方法，但核心思想有较大差别。它们唯一的共同点是，需要计算每一步的能量。（分子动力学MD中计算力，而原子受力是体系能量对原子坐标的一阶导。记住这句话。）

正如上面所说，计算能量可以用分子力学，也可以用量子力学。注意，用量子力学不等于考虑了原子的量子效应。因为分子动力学本质上是依照牛顿经典力学方法，所以，所谓量子分子动力学，其模拟结果也是在经典力学极限下的模拟。“量子力学”中的“量子”，只处理电子的量子效应，与原子，分子的量子效应没有一毛钱的关系。
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4楼2011-09-15 04:51:28
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shengxiang

木虫 (著名写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by ChemiAndy at 2011-09-15 04:51:28:
不同意楼上的说法。简单说，分子动力学是一种基于统计热力学的分子模拟的采样方法；任何一种模拟方法都需要计算能量，而分子力学则是计算能量的方法之一，核心思想是把分子看成是弹簧连成的小球；基于分子力学的模 ...

网上有人如下解释二者的区别，

分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)简称为MD模拟，其基本模拟过程是在一定系综及已知分子位能函数的条件下，从计算分子间作用力着手，求解牛顿运动方程，得到体系中每个分子微观状态随时间的真正变化，再将粒子的位置和动量组成的微观状态对时间平均，即可求出体系的压力、能量、粘度等宏观性质以及组成粒子的空间分布等微观结构。该方法既可计算体系的平衡性质，也可计算体系的各种动力学性质。

分子力学是用计算机在原子水平上模拟给定分子模型的结构与性质，进而得到分子的各种物理性质与化学性质，如结构参数、振动频率、构象能量、相互作用能量、偶极矩、密度、摩尔体积、汽化焓等。用于复杂体系的计算，Force Field (力场)： Amber CHARMM OPLS UFF

这段话你怎么理解？是否正确？
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6楼2011-09-15 21:16:52
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zsip

新虫 (初入文坛)
★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
1楼: Originally posted by shengxiang at 2011-09-14 14:29:53:
两者有什么区别？希望大家讨论讨论~

我最近也在学分子模拟这块。分子力学和分子动力学的一个区别是分子力学能量公式中没有包含动能项，模拟的是绝对温度下的情况。而分子动力学模拟包含有动能项，能模拟任何温度下的体系。貌似是。欢迎大家批评指正。
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10楼2012-02-16 23:10:36
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普通回帖

greatqi

木虫 (正式写手)
★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
凭借个人的一些经验认为: 分子力学是属于量子力学的范畴，但是与从头算的区别在于它借助了一些经验参数求解薛定谔方程，从而求得分子的各个参数。 而分子动力学属于牛顿力学的范畴，借助位置和时间来求解分子的状态。
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2楼2011-09-14 17:46:58
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shengxiang

木虫 (著名写手)
送鲜花一朵
引用回帖:
3楼: Originally posted by ChemiAndy at 2011-09-15 04:50:59:
不同意楼上的说法。简单说，分子动力学是一种基于统计热力学的分子模拟的采样方法；任何一种模拟方法都需要计算能量，而分子力学则是计算能量的方法之一，核心思想是把分子看成是弹簧连成的小球；基于分子力学的模 ...

感谢你对我的帖子的热心回答，让我受益匪浅。关于分子力学，量子力学和分子动力学之前的关系是不是可以说：分子动力学是一种采样方法，通过采样我们可以得到想要的一些信息，对于其中的每一个样品的作用力的处理有两种方法，就是分子力学和量子力学。这样理解对吗？
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5楼2011-09-15 13:43:10
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★
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zh1987hs(金币+3): 谢谢 2011-09-17 15:17:27
上面关于MD的解释是正确的。
关于分子力学的解释，混淆了分子力学的作用（它干什么：用于分子模拟）和它的本质（它是什么：力场，force field），其实就是一种描述原子间相互作用的模型，这种模型是弹簧模型，而弹簧模型是一种基于牛顿力学的经典模型。
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7楼2011-09-15 23:22:17
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by shengxiang at 2011-09-14 17:43:10:
感谢你对我的帖子的热心回答，让我受益匪浅。关于分子力学，量子力学和分子动力学之前的关系是不是可以说：分子动力学是一种采样方法，通过采样我们可以得到想要的一些信息，对于其中的每一个样品的作用力的处理 ...

Bingo！
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8楼2011-09-16 01:01:29
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匿名

用户注销 (正式写手)
★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖
zh1987hs(金币+1): 谢谢 2011-09-17 15:17:42
shengxiang(金币+1): 2011-09-17 21:56:11
本帖仅楼主可见
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9楼2011-09-16 15:31:47
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dq20081935

铜虫 (小有名气)
受益匪浅！
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11楼2012-04-30 10:40:43
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gtyse37

禁虫 (正式写手)
★
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12楼2012-05-27 22:27:59
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gtyse37

禁虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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13楼2012-05-27 22:55:53
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gtyse37

禁虫 (正式写手)
★
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14楼2012-05-28 21:10:18
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淡在风中的云

铁虫 (小有名气)
好晕啊
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15楼2014-12-21 14:17:37
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