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ValYu

银虫 (小有名气)

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[交流] 分子动力学模拟中有可能出现混沌现象吗？

我不是学物理的，甚至大学物理都没有学过。关于混沌（CHAOS）我只是从一些科普书籍或是纪录片中有所了解，我对它印象很深，因为这是个很“酷”的概念——完全决定性的系统也可以出现无法预测的现象。那么像分子动力学这样一个基于经典力学的模拟过程，是否也可能出现结果迥异的混沌现象呢？

之所以想起这个问题是因为我在模拟过程中发现同样一个体系，同样的模拟参数，最后得出了完全不同的结果。我认为这应该是初始赋予的原子速度不一样所致，但是会不会和混沌有什么关系呢？解答这个问题需要有很好的物理基础，同时又理解分子动力学的过程，希望板上有这样的大牛！

[ 来自科研家族化学生物学 ]

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1楼 2012-09-04 22:14:14

已阅回复此楼关注TA 给TA发消息送TA红花 TA的回帖

lsloneil

专家顾问 (正式写手)

★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖

经典力学中，只要是三体或者三体以上的问题，都是混沌(chaotic)的，也就是说没有解析解，而数值解由于误差的存在，求解的粒子的轨迹与粒子实际轨迹的误差随着时间的增加会指数级的增长(Lyapunov Instability，参见Understanding Molecular Simulation, Chapter 4.3.4)。所以对于MD，除非你只求解两个粒子的运动，否则体系必然是混沌的。

但MD并不关心粒子在相空间中的单条轨迹的精确求解，MD求的是系综平均，也就是能够把系综所包含的相空间的点都走遍，即ergodicity。对于平衡态的性质，只要能实现ergodicity，所求的平均值就是准确的，与你粒子轨迹算得准确不准确没关系，所以对于平衡态的性质，理论上讲MD和MC的结果是没区别的，区别在于采样的过程。对于涉及动力学的性质（比如扩散）的计算，由于MD计算得到的轨迹和真实情况下的轨迹是有误差的，所以计算的动力学性质也是有误差的，但这个误差并不是无限大，而是有界的，因而MD计算的动力学性质还是有实际意义的。