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cenwanglai

荣誉版主 (知名作家)

老和山猥琐派九段

优秀版主

[交流] To ChemiAndy:关于模拟的若干问题已有3人参与

尊敬的ChemiAndy:

      你回复我的和其它虫友的关于分子模拟的帖子,对我很有启发——有些告诉我了我不知道的知识、有些则加强了我的认识。你,和很多其它乐意就物理/化学图像细细品味并分享出来的虫子,增加了逛小木虫的乐趣,更重要的是给在科研门外徘徊的虫子一个人性化的、易于接受的展示,这会吸引对这门学科感兴趣——却被没有耐性或者慵师制造的迷雾吓到——的虫子进入我们这个领域来。或者让对这门学科不感兴趣——却被没有耐性或者慵师制造的迷雾吸引——的虫子尽早离开这个领域。非常感谢你和和你一样来小木虫分享的虫子,后面有三个小问题,希望和你讨论一下。
(1)研究分子模拟方法,还是用分子模拟方法研究?
(2)分子模拟方法还有什么重大问题值得研究的?
(3)为什么学分子模拟很难有很好的前途?


(1)研究分子模拟方法,还是用分子模拟方法研究?
       有精通物理理论-数值算法-计算机编程的牛人,他们似乎更倾向于偏模拟方法和背后的物理理论来讨论问题。虫友问态密度计算时K点的设置,他们乐意回复K空间积分,波矢。问截断能,他们讲基组大小。就研究来看,他们可能挑选不同元素或者物质来验证计算精度或者速度。这一类人喜欢建议新手:学模拟要打好基础,注意参数背后的物理意义。
       用分子模拟的方法研究的人,更注重研究材料的性能是否出奇的好,并试图揭示为什么和如何有规律的调控这些性质。模拟在他们看来,和一台天平或者传感器没有什么区别。
       这两类人发表的文章,或者审稿意见都有很大差别。一类注重计算方法是否可靠,是否考虑各种修正。另外一类则只是简单的交代一下计算参数,而拼命列举试验文献来验证计算结果,然后对材料性能作出预测或者自觉高深(第一性原理)的之所以如此的解释。
       我觉得,这种作为个人的偏重是很好的。科研的目的就是找到之所以如此和将会如何两类问题的答案,只有任何一种手段,能够给出有价值的贡献,都是很好的。作为有一定基础的初学者,可以根据自己的兴趣来选择偏向。而这种由个人品性和特点带来的科研成果的“个性”,是人文价值所在。这些差别增加了科研的多样性、丰富性和趣味性。

(2)和(3)在输入编辑后,点“编辑帖子”提交,弹出让人痛不欲生的白底黑字的出错页面,我很长时间没有回过神来。当时的想法、用词,已经不可能再来一遍了。

幸好, Andy的回复正是我需要的。

发这种帖子,是受期刊上“写给编辑的信”,和comment,replying on comment之类的文章的启发。什么是科研呢?应该是一种生活吧,是兴趣相近的人之间的交流。期刊发表论文的目的不就是个人之间的交流呈献出来供人围观的?

这种帖子,在专业版块,是一个尝试。希望有人有兴趣发这样格式的帖子。

[ Last edited by cenwanglai on 2011-9-17 at 10:45 ]
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2楼2011-09-15 19:35:19
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3楼2011-09-15 20:57:20
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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
ghcacj(金币+8, 模拟EPI+1): 谢谢 2011-09-16 13:13:56
谢谢询问。问题都很general,也很fundamental。我胡抡一下吧。精彩回帖请见40楼。

(1)我觉得你的第一个问题似乎是“做应用,还是做方法?” 我的想法是,做应用也好,做方法也好,都要对自己所用的方法有基本的了解。尤其是搞应用的文章,应该使用成熟的方法;同时把方法的基本参数描述清楚。(简直废话)

(2)分子模拟方法有什么重大问题需要研究?方法其实是跟着应用发展的,你要研究啥,自然就有人发展研究啥的方法。

分子模拟总共也就几十年的历史,很容易梳理。早期50年代的分子模拟主要是计算分子结构和模拟简单体系(如Argon)的性质。这时候的方法主要是从实验数据模拟力场参数,和研究各种优化分子结构的算法;同时,各种MD技术。这从M.P. Alen那本Computer simulation of liquid上可以看到。早期的历史让我吃惊的有2件事:一是电脑硬件很差,用分子力学力场简单估算一下分子结构就已经很Happy了,发JPC, JCP啥的,当然,前提是讨论的分子结构都是实验上争论的焦点;另外一件让我吃惊的是,当前几乎分子模拟的所有方法,难题,那会儿都已经讨论过:各种系综,自由能计算,界面,相变;虽然模拟的都是Argon之类的简单体系,盒子也不大。那会儿上机不容易,大把的时间,是花在严肃的思考上。

70年代以来,主要有2个方面的发展:计算分子结构方面,研究键的生成和断裂(有机),导致量子力学迅速发展。DFT, 各种交换相关泛函,大基组...Gauss软件的发展人还有诺贝尔奖拿。另外一个方面,是经典分子模拟大规模在有机分子生物领域应用。主要是这会儿生物突然热起来,美国人有钱了,吃胖了,生病多了,所以花了大把的银子在医疗健康研究上,搞科研的都想吃生物研究这块蛋糕;搞数学的,搞物理的,搞化学的,搞计算的,纷纷涌入这个领域。这些模拟主要是研究蛋白结构,涉及到反应的,比如酶催化机理,则开发QM/MM。

近几年的一个热点主要是材料领域的模拟。因为金属,无机固体材料的传递性质和电子结构是密切相关的,这样经典力场往往不能胜任,而周期性平面波DFT计算的发展,和大规模并行计算的发展,使得这方面的研究成为可能;现在小木虫的VASP,CASTEP, PWScf很热嘛。俺也在赶这趟浑水。这些软件由于刚刚兴起,功能各有所侧重,在由模拟结果计算宏观性质方面,比如计算介电常数,对外场的响应,拉曼光谱,还有待完善,常有一些新的算法或实现。不过很多理论,大概几十年前都已经提出来了,现在拿过来用。Anyway,这里面还是很让人觉得生机勃勃的。

上面说的,主要侧重于分子模型的发展,俗话说的计算能量。主要从分子力学向量子力学过度;模拟方法上, NVE, NVT, NPT, NPH,控温控压这些,我认为没有太大的发展,毕竟它们全部基于统计热力学系综理论,而系综理论则已经很好的定义了开发新的系综方法(扩展拉格朗日方法),也就是说,针对你的具体问题,你可以开发合适的新的系综。而系综等效原理则告诉我们,所有系综的模拟结果是可以相互转换的。啥是系综?系综=体系+约束条件; 体系就是一些变量,坐标啦,动量啦;约束条件用来限定变量取值范围。都没啥新奇的。如果不理解,可能还是接触的少。用多了就好了,融会贯通。

我觉得小木虫虫友的很多疑问,主要和2方面有关,一个是软件的具体操作,这属于技术方面的问题;另外一个是,其实热力学,统计热力学,系综理论方面,科学基础方面的。技术方面的问题,老手也会有;很多程序写的不好,设计不理想,难免让使用者陷入迷宫;更可怕的是一个断言,名字忘了,说任何程序,每400行必有一个错误。我们用的程序,小的也都上万行,至少几百个错误。不过同类模拟软件用的多了的话,对理解一些模拟方法很有帮助。所以虫友有时间的话,多尝试一些同类的模拟软件。

(3)搞模拟为啥不好找工作?一句话,所有的理论模拟都是为了解释实验现象,验证结论或理论。而一般企业只关心产品能不能做出来,谁爱解释谁解释去,不关心;跨国企业,比如材料界的杜邦,药物界的辉瑞之流,也要一些搞模拟的,搜搜新药物,预测性能之类,需求很小;所以我们的职业出路,主要是进高校当老师,或进科研机构做Paper赏金猎手。话说以前的一些同事基本上都在这2个领域找到了工作,也很滋润。不过我俺倒不羡慕。“君子不器”,我们不是来给人家做工具用的;我们是来改变世界的。改变世界的前提是理解世界;我们做理论的,站在理解世界的最高端;我们来了,我们看到了。。。

完了,其实我不知道你在问什么,我也不知道自己在说什么,可能是通过短短的几句话,我没能理解你背后的幽深的思虑,不要担心,鸡同鸭讲,答非所问,前言不答后语是科学界和小木虫普遍的现实。谢谢围观。

[ Last edited by ChemiAndy on 2011-9-15 at 04:56 ]
4楼2011-09-16 00:33:47
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