Новый способ моделирования некоторых физических явлений реализовал в программе azTotMD 2.0 сотрудник отдела перспективных исследований НПК «Криптонит») Антон Расковалов, 10 марта сообщает портал «Научная Россия».

Основу модели составляет метод молекулярной динамики. Новизна работы заключается в том, что ученый более точно учел влияние температуры на эти процессы, так как обычные подходы к моделированию процессов, протекающих при постоянной температуре, не совсем корректны.

В настоящее время влияние температуры в моделях учитывают с помощью дополнительных алгоритмов-термостатов, в которых температура определяется через значение средней кинетической энергии атомов. Однако такая интерпретация, выведенная из молекулярно-кинетической теории, справедлива только для идеальных газов.

В новом подходе, который предложил Антон Расковалов, температура задается через спектр собственного излучения физических тел. Известно, что любое тело отдает во внешнее пространство энергию в виде электромагнитного излучения различной частоты.

При комнатной температуре большинство окружающих нас предметов излучают энергию в инфракрасной области спектра. У сильно нагретых тел спектр излучения смещается в диапазон видимого и ультрафиолетового света, а при сверхвысоких температурах он переходит в область жесткого излучения. Соответственно, о температуре тела можно судить по его спектру излучения. То есть можно сказать, что температура — это такое энергетическое состояние вещества, при котором оно излучает заданный спектр.

Учитывая этот факт, Расковалов предложил дополнить алгоритм термостатирования учетом поглощения и излучения фотонов атомными оболочками. По закону сохранения импульса и закону сохранения энергии, скорости атомов изменяются при взаимодействии с фотонами.

Антон Расковалов и его соавтор Платон Сурков разработали алгоритм термостата, который они назвали излучательным (radiative). В нем скорости молекул не подгоняются под формулу из молекулярно-кинетической теории, а нее вносятся необходимые возмущения, происходящие за счет взаимодействия с виртуальными фотонами.

Основываясь на особенности работы излучательного термостата (в котором фактически добавляется дополнительная переменная на каждый атом), авторы ввели температурно-зависимый парный потенциал. Он описывает зависимость потенциальной энергии от расстояния между парой частиц, учитывая температурное возбуждение атомов.

Комбинация радиационного термостата и потенциала позволяет воспроизвести многие явления, такие как фазовые переходы, тепловое расширение, дефектообразование, поверхностное натяжение, паронасыщение, стеклообразование и расстеклование, указали авторы в своей статье, опубликованной в журнале SoftwareX.