--- title: "الكيمياء والمواد · المحاكيات · فرضية المحاكاة" url: https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/chemistry-materials description: "الإلكترونات والروابط والسوائل والبلورات والكسر: سلوك المادة قبل تصنيعها. جزء من تصنيف للمحاكاة التي يشغّلها الناس فعلًا." license: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ credit: "Ross Allan Dahl، فرضية المحاكاة (simulation-hypothesis.com)" --- [المحاكيات](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations)الميدان 4 من 18 # الكيمياء والمواد الإلكترونات والروابط والسوائل والبلورات والكسر: سلوك المادة قبل تصنيعها. يمكن محاكاة المواد والتفاعلات قبل صنعها: الإلكترونات للكيمياء، والذرات للميكانيكا، والحبيبات للبنية المجهرية. والكيمياء الحاسوبية من أكبر مستهلكي وقت الحواسيب الفائقة. ## الإلكترونات والروابط ### البنية الإلكترونية إلكترونات جزيء أو بلّورة تُحَلّ من الميكانيكا الكمية للحصول على الأشكال والطاقات والألوان. السؤال الذي تجيب عنه: هل هذا الجزيء مستقر، وما لونه؟ يُغفل: مسألة الإلكترونات الكمية الدقيقة المتعددة لا حل لها، فكل طريقة تتكئ على تقريب في موضع ما. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عنقود جامعي، من ساعات إلى أيام لكل جزيء أو بلورة. منذ: 1953 حسابات هارتري–فوك مبكرة أُجريت على بعض أوائل الحواسيب. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### ديناميكا التفاعلات روابط تنكسر وتتكوّن أثناء تفاعل كيميائي، وغالبًا ما يُعامَل قلب التفاعل بميكانيكا الكم وما حوله بالميكانيكا التقليدية. السؤال الذي تجيب عنه: أي مسار يسلكه التفاعل، وبأي سرعة؟ يُغفل: الحد الفاصل بين النواة الكمية والمحيط الكلاسيكي اختيار نمذجة، لا خط حقيقي. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عنقود جامعي، أيام لكل تفاعل يُدرس. منذ: 1976 أول نموذج مشترك كمي وكلاسيكي لتفاعل لدى وارشيل وليفيت. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الذرات ### غربلة المواد الحاسوبية آلاف المركبات المرشحة تُحسب آلياً، أحياناً باختصارات متعلَّمة، لإيجاد ما له خصائص مفيدة. السؤال الذي تجيب عنه: أي من هذه العشرة آلاف مرشح يصنع بطارية أو خلية شمسية أفضل؟ يُغفل: يغربل المرشحين بخصائص سهلة الحساب، ليست دائمًا الخصائص المهمة لصنع المادة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي عنقود كبير، يشغّل آلاف الحسابات بالتوازي. منذ: 2006 حسابات عالية الإنتاجية مبكرة تغربل المواد المرشَّحة. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)القاع: الذرات ### الحالات المثارة والكيمياء الضوئية جزيء بعد امتصاصه فوتونًا، يُحسب وهو يسترخي أو يلتوي أو يتفكك على سطح طاقة مختلف عن حالته الأرضية. السؤال الذي تجيب عنه: ماذا يحدث لهذا الجزيء في اللحظة التالية لامتصاصه الضوء؟ يُغفل: طرق الحالة المثارة أقل موثوقية من طرق الحالة الأرضية، وأرخصها قد تخطئ تمامًا. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عنقود جامعي، من ساعات إلى أيام لكل جزيء. منذ: 1984 حسابات كيمياء كمومية مبكرة معتمدة على الزمن لجزيئات مثارة. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### التنبؤ بالأطياف تُحسب أنوية جزيء وإلكتروناته للتنبؤ بمواضع خطوط رنينه المغناطيسي أو الأشعة تحت الحمراء أو غيرها من الخطوط الطيفية، ويُقارَن ذلك بطيف مقيس. السؤال الذي تجيب عنه: هل يطابق هذا الطيف المحسوب ما سجّلته الأداة فعلًا، مؤكدًا البنية؟ يُغفل: يسوء بشكل ملحوظ مع الذرات الأثقل والجزيئات الأكثر مرونة وهي الأهم عمليًا. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، ساعات لكل جزيء. منذ: 1974 إزاحات الرنين المغناطيسي النووي المحسوبة المبكرة مقارنةً بالأطياف المقيسة. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### طاقة الإذابة الحرة تُعاد حسابات إلكترونات جزيء كأنه داخل تقريب متصل لمذيب، لمعرفة مقدار الطاقة التي يكلّفها إذابته أو يحرّرها. السؤال الذي تجيب عنه: ما سهولة ذوبان هذا الجزيء، وهل يغيّر المذيب طريقة تفاعله؟ يُغفل: يستبدل بالمذيب حقلًا متوسطًا أملس، فيُغفل تفاعلات محددة مثل رابطة هيدروجينية مع جزيء ماء بعينه في موقع حرج. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، من دقائق إلى ساعات لكل جزيء. منذ: 1981 نماذج مبكرة للإذابة المتصلة أضيفت إلى حسابات الكيمياء الكمومية. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### الجهود البينية الذرية المتعلَّمة آليًا تُلائَم شبكة عصبية مع طاقات البنية الإلكترونية ثم تقود الديناميكا الجزيئية بدقة قريبة من الكمومية وبكلفة تقليدية. السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن الحصول على قوى بمستوى الكم لملايين الذرات على مدى نانوثوانٍ؟ يُغفل: الدقة محدودة بالكيمياء والهندسات الموجودة في مجموعة التدريب. تعمل على: نحو 10^17 FLOPS تقريبي تدريب على آلاف الحسابات الكمية، ثم ديناميكا جزيئية كبيرة منذ: 2007 Generalized neural-network representation of high-dimensional potential-energy surfaces (2007) [المصدر](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.146401) في شجرة المحاكيات: [نماذج بديلة متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/trees/simulations?n=m-learned) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)[الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الذرات ### الجهود الذرية البينية العامة شبكة عصبية بيانية واحدة مدرَّبة على قاعدة بيانات مواد كبيرة تتنبأ بالطاقات والقوى لمعظم الجدول الدوري. السؤال الذي تجيب عنه: هل يستطيع نموذج متعلَّم واحد أن يحلّ محل جهد ملائم منفصل لكل مادة؟ يُغفل: تتفاوت الدقة بحسب العنصر، وغالبًا ما تُليّن سطح الطاقة الكامنة. تعمل على: نحو 10^17 FLOPS تقريبي تدريب على ملايين البنى، واستدلال رخيص منذ: 2022 A universal graph deep learning interatomic potential for the periodic table (2022) [المصدر](https://arxiv.org/abs/2202.02450) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)القاع: الذرات ### الكيمياء الكمومية على الحواسيب الكمومية تُحضّر خوارزمية كمومية تغايرية الحالة الإلكترونية لجزيء وتقيسها على جهاز حقيقي، بينما يضبط مُحسِّن تقليدي الدارة. السؤال الذي تجيب عنه: هل يستطيع معالج كمومي إيجاد طاقة الحالة الأرضية لجزيء صغير؟ يُغفل: جزيئات صغيرة جدًا فقط حتى الآن، مع هيمنة الضجيج على الخطأ. تعمل على: لا حاسوب. عتاد كمومي؛ فحوص كلاسيكية صغيرة منذ: 2014 A variational eigenvalue solver on a photonic quantum processor (2014) [المصدر](https://doi.org/10.1038/ncomms5213) [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الجزيئات ### الديناميكا الجزيئية من المبادئ الأولى ذرات تتحرك عبر الزمن مع إعادة حساب القوى من الإلكترونات في كل خطوة، فتنكسر الروابط وتتكوّن دون مجال قوى مسبق. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تتحرك الذرات وترتبط حين تأتي قواها مباشرةً من ميكانيكا الكم؟ يُغفل: لا يمكن تتبّع إلا مئات الذرات لبيكوثوانٍ، وتدخل أخطاء نظرية الكثافة الدالية في كل قوة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي مئات الذرات لعشرات البيكوثوانٍ على تخصيص كبير. منذ: 1985 النهج الموحَّد لكار وباريلّو للديناميكا الجزيئية ونظرية دالية الكثافة. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrevlett.55.2471) في شجرة المحاكيات: [الديناميكا الجزيئية من المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/trees/simulations?n=mat-abinitio) [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الذرات ### الديناميكا الجزيئية بتكامل المسار تُعامَل الأنوية الذرية كأجسام كمومية بتمثيل كل منها كحلقة من نسخ مترابطة، فيغيّر النفق الكمومي وحركة نقطة الصفر الروابط الهيدروجينية والانتشار. السؤال الذي تجيب عنه: كم تغيّر التأثيرات الكمومية للهيدروجين سلوك الماء والجليد؟ يُغفل: لا يُستعاد السلوك الكمومي في الزمن الحقيقي، بل الاتزان والخصائص الديناميكية التقريبية فقط. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عشرات النسخ لكل ذرة تضاعف كلفة الديناميكا الكلاسيكية. منذ: 1984 محاكاة بارينيلو ورحمان بتكامل المسار لإلكترون محتجز في ملح منصهر. [المصدر](https://doi.org/10.1063/1.446740) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الذرات ### ديناميكا الإلكترونات في الزمن الحقيقي سحابة إلكترونات جزيء أو بلّورة تُتتبَّع زمنياً حين تصطدم بها نبضة ضوء، لإيجاد أطياف الامتصاص والاستجابة فائقة السرعة. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تستجيب الإلكترونات في أولى الفيمتوثوانٍ بعد وصول الضوء؟ يُغفل: دالة التبادل والارتباط التقريبية تفوّت بعض الإثارات، وتُجمَّد الأيونات عادة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي تشغيل لنظرية دالية الكثافة بخطوات زمنية على مدى آلاف الخطوات. منذ: 1996 تقريب الكثافة المحلية المعتمد على الزمن في الزمن الحقيقي لدى ياباتا وبيرتش. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrevb.54.4484) [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)القاع: الذرات ### ديناميكا الحزمة الموجية الكمومية نوى جزيء صغير تُعامَل موجةً كمية تتحرك عبر سطح الطاقة، لتتبع التفاعل والنفق والاهتزاز بدقة. السؤال الذي تجيب عنه: كيف يهتزّ جزيء ويتفاعل حين تخضع نواته لميكانيكا الكم؟ يُغفل: تنمو الكلفة بحدة مع عدد الذرات، فلا يمكن التعامل إلا مع الجزيئات الصغيرة. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي انتشار متعدد التكوينات لعشرات درجات الحرية. منذ: 1990 نهج هارتري المتعدد التكوينات المعتمد على الزمن لماير ومانته وسيدرباوم. [المصدر](https://doi.org/10.1016/0009-2614%2890%2987014-i) [المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الجزيئات ### البحث عن حالة الانتقال ومسار التفاعل أدنى المسارات طاقةً بين ترتيبين للذرات يُوجد بإرخاء سلسلة من الصور الوسيطة، للحصول على حواجز التفاعل ومعدلاته. السؤال الذي تجيب عنه: أي حاجز يجب أن تعبره الذرات حين يغيّر جزيء أو عيب شكله؟ يُغفل: يجد المسارات الموجودة قرب التخمين، وقد يفوّت الحاجز الأدنى الحقيقي. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي تحتاج كل صورة إلى حساب للبنية الإلكترونية، يتكرر على امتداد السلسلة. منذ: 1998 طريقة الشريط المرن المدفوع لمسارات الطاقة الدنيا، لجونسون وميلز وجاكوبسن. [المصدر](https://doi.org/10.1142/9789812839664%5F0016) [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: الذرات ### التوليد الآلي لآليات التفاعل تولّد القواعد كل تفاعل يمكن أن تخضع له مجموعة من الجزيئات، ثم يقلّمها نموذج معدلات إلى آلية احتراق أو تحلل حراري. السؤال الذي تجيب عنه: أي تفاعلات تهم حين يحترق وقود أو يتفكك؟ يُغفل: تُقدَّر معاملات المعدل من قواعد المجموعات، والمسارات غير الشائعة قليلة الاختبار. تعمل على: نحو 10^8 FLOPS تقريبي نمو الشبكة عبر آلاف الأنواع، مع تشغيلات حركية. منذ: 1994 نمذجة التحلل الحراري المولّدة بالحاسوب عند بروبلت وستارك وكلاين، مع توليد الأنواع والتفاعلات أثناء التشغيل. [المصدر](https://doi.org/10.1021/ie00028a003) [قواعد وحالات](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-rules)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: الجزيئات ### مونت كارلو الكمي للإلكترونات سائرون عشوائيون يأخذون عيّنة من الدالة الموجية متعددة الإلكترونات مباشرةً، فيعطون طاقات شبه دقيقة للجزيئات والمواد الصلبة دون تقريب الكثافة الدالية. السؤال الذي تجيب عنه: ما الطاقة الدقيقة لهذا النظام الإلكتروني، معياراً للطرائق الأرخص؟ يُغفل: تُتجنَّب مشكلة إشارة الفرميونات بتثبيت عقد الدالة الموجية، ما يجعل الجواب معتمداً على ذلك التخمين. تعمل على: نحو 10^17 FLOPS تقريبي ملايين ساعات-النواة لبلّورة جزيئية. منذ: 1980 الحساب العشوائي لسيبرلي وألدر للحالة الأرضية لغاز الإلكترونات. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrevlett.45.566) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### دوال كثافة متعلَّمة يربط نموذج تعلّم آلي الكثافة الإلكترونية بالطاقة، فيحلّ محل التقريبات المبنية يدويًا في نظرية دالية الكثافة. السؤال الذي تجيب عنه: هل تستطيع دالية مُلائَمة بالتعلم أن تتفوق على الدوال المصمَّمة يدويًا التي يستخدمها الكيميائيون منذ عقود؟ يُغفل: الدالة المضبوطة موثوقة فقط لأنواع الجزيئات والظروف الممثَّلة في بيانات تدريبها. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي تدريب على طاقات مرجعية عالية الدقة، ثم تشغيل بنية إلكترونية بكلفة معيارية. منذ: 2012 الدوال الكثافية التي تعلّمتها الآلة لدى سنايدر وروب وهانسن ومولر وبورك لنظام نموذجي. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.253002) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### دوال موجية بشبكات عصبية للجزيئات تُستخدم شبكة عصبية كدالة موجية متعددة الإلكترونات لجزيء وتُدرَّب بمونت كارلو التغايري لبلوغ طاقات شبه دقيقة. السؤال الذي تجيب عنه: ما مدى دقة دالة موجية متعلَّمة في وصف إلكترونات جزيء صغير؟ يُغفل: ترتفع الكلفة ارتفاعًا حادًا مع عدد الإلكترونات، فلم تُبلَغ إلا الجزيئات الصغيرة. تعمل على: نحو 10^18 FLOPS تقريبي أيام على عشرات وحدات GPU لجزيء واحد. منذ: 2019 FermiNet لفاو وزملائه، وهو حل بشبكة عصبية عميقة لمعادلة شرودنغر متعددة الإلكترونات. [المصدر](https://arxiv.org/abs/1909.02487) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ## جزيئات في حركة ### السوائل والمحاليل الماء وسوائل أخرى بوصفها ملايين الجزيئات المتفاعلة، مع مذابات منحلّة فيها. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا يُظهر الماء خصائص شاذة، وكيف يذوب الملح؟ يُغفل: حقل القوى بين الذرات مضبوط على مجموعة صغيرة من الخصائص، ولا يُضمَن أن يعيد إنتاج الباقي. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي؛ مليارات خطوات الجزيئات في الثانية. منذ: 1964 الديناميكا الجزيئية للأرغون السائل لدى رحمان؛ وتُتبّع الماء مع رحمان وستيلينغر عام 1971 [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الجزيئات ### البوليمرات والمادة الرخوة جزيئات طويلة السلاسل وهلامات ورغاوى وبلورات سائلة، تُخشَّن عادةً إلى خرزات. السؤال الذي تجيب عنه: كيف يتمدد البلاستيك، وكيف يتماسك الهلام؟ يُغفل: تخشين الحبيبات يتخلص من الحركة الذرية السريعة، فيصبح توقيت بعض العمليات تقريبيًا. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي أو عنقود صغير، ساعات لكل منظومة. منذ: 1962 نموذج مونت كارلو الشبكي المبكر لسلسلة بوليمر لدى فيردييه وستوكماير. [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الجزيئات ### الاحتراق لهب كتدفق مائع مقترن بمئات التفاعلات الكيميائية. السؤال الذي تجيب عنه: كيف نحرق الوقود بنظافة أكبر، أو نمنع الطرق في المحرك؟ يُغفل: مئات التفاعلات الحقيقية تُبسَّط إلى بضع عشرات يستطيع الحاسوب تتبّعها في كل خطوة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي عنقود كبير، أيام لدورة محرك كاملة. منذ: 1955 حلول عددية مبكرة لمعادلات اللهب الصفيحي. [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)القاع: حقول ### الغرويات وتجميع الجسيمات النانوية آلاف الجسيمات النانوية أو الحبيبات الغروانية تحركها التقلبات الحرارية للمائع المحيط، فتلتصق أو تنتظم أو تتجمع حين تتصادم. السؤال الذي تجيب عنه: هل ستتجمع هذه الجسيمات ذاتياً في بنية منتظمة، أم تتكتل بلا انتظام؟ يُغفل: تفاصيل الطلاء السطحي للجسيم تؤثر بقوة في النتيجة، وغالباً ما تُختزل في معامل التصاق واحد. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي محطة عمل أو وحدة GPU مكتبية، ساعات لكل تشغيل تجميع. منذ: 1986 محاكاة مبكرة للديناميكا البراونية لجسيمات غروية معلّقة. [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الجزيئات ### تشكّل الزجاج سائل يُبرَّد في المحاكاة بسرعة كبيرة حتى تتجمد جزيئاته في صلب غير منتظم قبل أن تتبلور. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا يتجمد هذا السائل زجاجاً غير منتظم بدل بلّورة منتظمة؟ يُغفل: التبريد المحاكى أسرع دائمًا بكثير من أي زجاج بُرّد فعلًا، بعدة رتب من الحجم. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي أو عنقود صغير، من ساعات إلى أيام لكل تشغيل. منذ: 1976 محاكاة مبكرة بالديناميكا الجزيئية لسائل يُبرَّد فجأة إلى زجاج. [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الجزيئات ### الأملاح المنصهرة والسوائل الأيونية أيونات لا جزيئات متعادلة، تتفاعل بقوى كولوم القوية في سائل بلا مذيب على الإطلاق. السؤال الذي تجيب عنه: ما مدى جودة توصيل هذا السائل للشحنة، وكيف تتحرك أيوناته؟ يُغفل: القوى الكهروستاتيكية الشديدة بين الأيونات أصعب التقاطاً في حقل القوى من قوى الجزيئات المتعادلة، وغالباً ما تُقرَّب فقط. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي أو عنقود صغير، ساعات لكل سائل يُدرس. منذ: 1983 محاكاة مبكرة بالديناميكا الجزيئية لملح منصهر. [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الجزيئات ### ديناميكا حقل القوى التفاعلي ديناميكا جزيئية بجهود رتبة الرابطة تتيح تكوّن الروابط وانكسارها أثناء التشغيل، بكلفة أقل بكثير من الطرق الكمومية. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تنكسر الروابط وتتكوّن بين آلاف الذرات في نانوثوانٍ؟ يُغفل: تُلاءَم المعاملات لكل كيمياء، ولا تُعالَج الإلكترونات صراحةً. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي ملايين الذرات لنانوثوانٍ منذ: 2001 ReaxFF: a reactive force field for hydrocarbons (2001) [المصدر](https://doi.org/10.1021/jp004368u) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الذرات ### الميتاديناميكا وأخذ العيّنات المعزَّز ديناميكا جزيئية يدفع فيها انحياز معتمد على التاريخ النظام خارج الحدود الدنيا المحلية، لرسم الأحداث النادرة وأسطح الطاقة الحرة. السؤال الذي تجيب عنه: ما ارتفاع الحواجز بين حالات لا تعبرها الديناميكا العادية أبدًا؟ يُغفل: تعتمد النتيجة على اختيار متغيرات جماعية جيدة. تعمل على: نحو 10^17 FLOPS تقريبي مسارات منحازة كثيرة على بضعة متغيرات مختارة منذ: 2002 Escaping free-energy minima (2002) [المصدر](https://doi.org/10.1073/pnas.202427399) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الذرات ### مُعيِّنات اتزان متعلَّمة تُدرَّب شبكة توليدية على رسم تشكيلات جزيئية مستقلة من توزيع بولتزمان، تفاديًا للمسارات الطويلة. السؤال الذي تجيب عنه: هل يمكن أخذ عيّنات مباشرة من الحالات النادرة لجزيء بدل انتظارها؟ يُغفل: تضيع الديناميكا والحركية، ويصعب التدريب للمنظومات الكبيرة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي التدريب مع إعادة الترجيح منذ: 2018 Boltzmann Generators: sampling equilibrium states of many-body systems with deep learning (2018) [المصدر](https://arxiv.org/abs/1812.01729) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)[الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الجزيئات ### مونت كارلو الحركي ذرات تقفز على سطح أو داخل بلورة، تُختار عشوائيًا باحتمالات تحددها معدلاتها، فتُبلَغ عمليات تستغرق ثوانيَ أو ساعات. السؤال الذي تجيب عنه: كيف يتغير سطح أو بلّورة على مدى الأزمنة الطويلة بين القفزات الذرية؟ يُغفل: يجب سرد كل حدث ممكن ومعدله سلفًا، فتفوت الآليات المفاجئة. تعمل على: نحو 10^11 FLOPS تقريبي ملايين الأحداث، بمعدلات تُحسب سلفًا من المبادئ الأولى. منذ: 1975 خوارزمية مونت كارلو الموجَّهة بالأحداث لبورتز وكالوس وليبوفيتز لمنظومات سبين إيزينغ. [المصدر](https://doi.org/10.1016/0021-9991%2875%2990060-1) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[عمليات عشوائية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-stochastic)القاع: الذرات ### الديناميكا الجزيئية ذات الحبيبات الخشنة مجموعات من عدّة ذرّات تُدمج في خرزة واحدة، فيمكن تتبّع الأغشية والبوليمرات والدهون ذاتية التجمّع على مدى ميكروثوانٍ وفي صناديق أكبر. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تتكوّن تجمعات جزيئية كبيرة على مدى ميكروثوانٍ؟ يُغفل: دمج الذرات يُسقط تفاصيل مثل اتجاهية الرابطة الهيدروجينية، والزمن ليس فيزيائيًا بدقة. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي ملايين الخرزات على مدى ميكروثوانٍ. منذ: 2007 حقل القوى المخشَّن للجزيئات الحيوية لمارينك وزملائه، للمحاكاة الجزيئية الحيوية. [المصدر](https://doi.org/10.1021/jp071097f) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[الجسيمات والأجسام المتعددة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-particles)القاع: الجزيئات ### ديناميكا الجسيمات المبدِّدة خرزات ناعمة تمثل تكتلات من المائع تتفاعل بالاحتكاك والدفعات العشوائية، فتعطي هيدروديناميكا صحيحة للبوليمرات والغرويات على المقاييس الكبيرة. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تتدفق سوائل البوليمرات والمواد الفاعلة بالسطح وتنظّم نفسها على المقاييس الوسطى؟ يُغفل: الجهود اللينة تسمح للسلاسل بأن تتقاطع على نحو غير فيزيائي ما لم تُصحَّح. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي ملايين الخرزات على مدى أزمنة طويلة. منذ: 1992 محاكاة هوغربروغه وكولمان للظواهر الهيدروديناميكية المجهرية بالديناميكا الجسيمية التبديدية. [المصدر](https://doi.org/10.1209/0295-5075/19/3/001) [الجسيمات والأجسام المتعددة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-particles)[عمليات عشوائية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-stochastic)القاع: الجزيئات ### طرق الطاقة الحرة بأخذ العيّنات المعزَّز محاكاة تُدفع لعبور حواجز عالية، كإضافة انحياز معتمد على التاريخ، فيمكن حساب الأحداث النادرة ومشاهد الطاقة الحرة. السؤال الذي تجيب عنه: ما كلفة الطاقة الحرة لتغير نادر، كالتنوّي أو الارتباط؟ يُغفل: تعتمد الإجابة على اختيار المتغيرات الجماعية، وغياب أحدها يعطي مشهداً خاطئاً. تعمل على: نحو 10^16 FLOPS تقريبي تشغيلات طويلة منحازة على متغيرات مختارة. منذ: 2002 الإفلات من القيم الصغرى للطاقة الحرة بالميتاديناميكا، للايو وبارينيلو. [المصدر](https://doi.org/10.1073/pnas.202427399) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الذرات ### الامتزاز في المواد المسامية جزيئات غاز تُدخَل وتُزال عشوائيًا في نموذج لصلب مسامي، للتنبؤ بمقدار ما سيمتزه زيوليت أو مادة إطارية. السؤال الذي تجيب عنه: كم من الغاز تحتفظ به مادة مسامية عند ضغط معيّن؟ يُغفل: تقريبات الإطار الصلب والشحنة الثابتة تخطئ تقدير المواد المرنة. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي ملايين الإدخالات لكل نقطة حالة، وآلاف البنى. منذ: 1975 مونت كارلو لمجموعة آدامز القانونية الكبرى لمائع لينارد–جونز. [المصدر](https://doi.org/10.1080/00268977500100221) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الجزيئات ### نظرية المجال ذاتي الاتساق للبوليمرات تُستبدل السلاسل بحقل كثافة يحس بجذبه المتوسط الخاص، فيمكن حل البوليمرات المشتركة الكتلية والخلائط لأنماطها المنتظمة دون تتبّع السلاسل الفردية. السؤال الذي تجيب عنه: إلى أي نمط سيتجمّع بوليمر مشترك كتلي ذاتياً؟ يُغفل: تتجاهل نظرية الحقل المتوسط التقلّبات، وهي مهمة قرب حدود الأطوار. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي حلّ معادلات الانتشار على شبكة في ثلاثة أبعاد. منذ: 1965 الميكانيكا الإحصائية للبوليمرات ذات الحجم المستبعَد عند إدواردز. [المصدر](https://doi.org/10.1088/0370-1328/85/4/301) [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: الجزيئات ### مونت كارلو بنمو السلسلة للبوليمرات سلاسل جزيئية طويلة تُبنى رابطةً رابطةً بأوزان، لقياس حجمها وإنتروبيتها وسلوك الحجم المستبعد. السؤال الذي تجيب عنه: ما حجم سلسلة طويلة مرنة، ولماذا لا تقطع نفسها؟ يُغفل: تنمو الأوزان تنامياً غير متساوٍ مع طول السلسلة، لذا تحتاج السلاسل الطويلة جداً إلى حيل إعادة أخذ العينات. تعمل على: نحو 10^9 FLOPS تقريبي ملايين السلاسل، وهي أرخص بكثير من الديناميكا. منذ: 1955 حساب مونت كارلو لروزنبلوث وروزنبلوث للامتداد المتوسط للسلاسل الجزيئية. [المصدر](https://doi.org/10.1063/1.1741967) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الجزيئات ## المواد الصلبة ### المغناطيسية والانتقالات الطورية سبينات على شبكة تنقلب عشوائياً، وهي نموذج إيزينغ الكلاسيكي وأحفاده، تُستخدم لدراسة كيف ينشأ النظام عند درجة حرارة حرجة. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا يفقد المغناطيس مغناطيسيته عند درجة حرارة واحدة بالضبط؟ يُغفل: للمغناطيس الحقيقي تفاصيل في الشكل والشوائب تُغفلها الشبكة المثالية بحكم تصميمها. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي حاسوب محمول؛ مليارات انقلابات السبين في الثانية. منذ: 1953 طريقة مونت كارلو لقبول ورفض ميتروبوليس، وصارت لاحقاً الأداة المعيارية لنماذج السبين؛ وبحث 1953 نفسه حاكى أقراصاً صلبة [المصدر](https://zhanggroup.org/teaching/literature/Metropolis1953.pdf) في شجرة المحاكيات: [خوارزمية ميتروبوليس](https://simulation-hypothesis.com/ar/trees/simulations?n=m-mcmc) [شغّل النموذج التفاعلي](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/run#toy-ising) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الذرات ### الكسر والعيوب ذرات عند طرف شق، والعيوب التي تسمح للمعادن بأن تنثني بدل أن تتحطم. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا تتشقق هذه المادة بدل أن تنحني؟ يُغفل: طرف شق لا يتجاوز عرضه بضع ذرات لا يزال عليه أن يمثّل شقًّا يمتد عبر عارضة كاملة. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي أو عنقود صغير، ساعات لكل تشغيل للشقوق. منذ: 1976 المحاكاة المبكرة لآشرست وهوفر في الديناميكا الجزيئية لطرف شق. [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)القاع: الذرات ### البنية المجهرية حبيبات بلورية تتكوّن وتنمو حين يتصلب معدن أو يُعالَج حراريًا، غالبًا بطريقة المجال الطوري. السؤال الذي تجيب عنه: أي معالجة حرارية تعطي أقوى سبيكة؟ يُغفل: تُعامل حدود الحبيبات كأسطح رياضية ملساء، لا كالعيوب الفوضوية التي هي عليها فعلًا. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، ساعات لكل سبيكة متصلبة. منذ: 1991 نموذج تشن وخاتشاتوريان المبكر للمجال الطوري لبنية دقيقة نامية. [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: حقول ### المواد الحُبيبية رمل وحبوب ومساحيق وأقراص كملايين الجسيمات المنفردة تتصادم وتنحشر. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا تنسدّ الصومعة، وكيف يبدأ الانهيار؟ يُغفل: الحبيبات الحقيقية خشنة وغير منتظمة؛ والمحاكاة منها كرات مثالية تقريبًا دائمًا. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي وحدة GPU في حاسوب مكتبي أو عنقود صغير، ملايين الحبيبات دفعة واحدة. منذ: 1979 أول نموذج عناصر منفصلة لكوندال وستراك لجسيمات حبيبية. [شغّل النموذج التفاعلي](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/run#toy-sand) [الجسيمات والأجسام المتعددة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-particles)القاع: أجساد ### ديناميكا الانخلاعات عيوب خطية تخترق شبكة البلّورة، تُتتبَّع وهي تتحرك وتتكاثر وتتشابك لتنتج انحناءً أو تمدّدًا دائمين. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا ينحني هذا المعدن بدل أن ينكسر، وما مدى قوته فعلاً؟ يُغفل: تعامل الانخلاعات خطوطاً نظيفة في بلورة مثالية بخلاف ذلك، بينما المعادن الحقيقية مليئة بعيوب أخرى تتفاعل معها. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، من ساعات إلى أيام لكل تشغيل. منذ: 1990 محاكاة مبكرة لديناميكا الانخلاعات المنفصلة للدونة البلورية. [الجسيمات والأجسام المتعددة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-particles)[حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)القاع: الذرات ### نمو الأغشية الرقيقة ذرات تصل واحدة تلو الأخرى إلى سطح فتلتصق أو تقفز أو تدفن بعضها، بينما يتراكم غشاء طبقة بعد طبقة. السؤال الذي تجيب عنه: هل سينمو هذا الغشاء أملس، أم خشناً مليئاً بالعيوب؟ يُغفل: غرف الترسيب الحقيقية فيها تلوث وتدفق غير متساوٍ لا يشمله تدفق الذرات المثالي. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي محطة عمل؛ ساعات لكل غشاء مُحاكى. منذ: 1966 نماذج مونت كارلو الحركية المبكرة لذرات تصل إلى سطح ينمو. [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: الذرات ### شلالات التلف الإشعاعي في المواد ذرة سريعة تصطدم ببلورة وتُتابَع وهي تزيح جاراتها وتترك فراغات، للتنبؤ بكيفية تدهور المعادن المشعَّعة. السؤال الذي تجيب عنه: كم ذرة يطرد تصادم واحد من بلّورة؟ يُغفل: ثم تتطور العيوب سنوات، أبعد بكثير من سلسلة التصادمات، وتحتاج إلى طرق أخرى لسدّ الفجوة. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي ملايين الذرات لعشرات البيكوثوانٍ، تتكرر لاتجاهات اصطدام كثيرة. منذ: 1960 ديناميكا تلف الإشعاع في شبكة نحاس عند غيبسون وغولاند وميلغرام وفينيارد. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrev.120.1229) [الديناميكا الجزيئية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[الجسيمات والأجسام المتعددة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-particles)القاع: الذرات ### توسيع عناقيد السبائك طاقة سبيكة مكتوبة مجموعاً على عناقيد صغيرة من الذرات المتجاورة، ليُؤخذ ترتيبها الذري ومخطط أطوارها بعيّنات مونت كارلو. السؤال الذي تجيب عنه: أي ترتيبات للذرات تفضّلها سبيكة، ومتى تنتظم؟ يُغفل: التمدد مثبّت على شبكة معينة وقد يفوّت المساهمات الاهتزازية والمغناطيسية. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي مئات الطاقات من المبادئ الأولى، ثم مونت كارلو الشبكي الرخيص. منذ: 1984 الوصف العنقودي المعمَّم للأنظمة متعددة المكوّنات لسانشيز ودوكاستيل وغراتياس. [المصدر](https://doi.org/10.1016/0378-4371%2884%2990096-7) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[نظرية الحقول على الشبكة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-lattice)القاع: الذرات ### نمذجة اللدونة البلورية بالعناصر المنتهية حبيبات معدنية تتشوه بالانزلاق على مستويات بلورية معيّنة، باتجاهاتها الفردية، للتنبؤ بالمتانة والنسيج وسلوك التشكيل. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تحدّد اتجاهات البلّورات طريقة انحناء المعدن وتصلّبه؟ يُغفل: قوانين التصلّب مُلاءَمة للاختبارات ولا تحمل ذاكرة عن الانخلاعات الفردية. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي نماذج بالعناصر المنتهية لآلاف الحبيبات. منذ: 1982 تحليل بيرس وأسارو ونيدلمان للتشوه غير المنتظم والموضعي في البلورات المفردة المطيلة. [المصدر](https://doi.org/10.1016/0001-6160%2882%2990005-0) [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: حقول ### المحاكاة المغناطيسية المجهرية اتجاه المغنطة في مغناطيس، مقسَّماً إلى خلايا، مع التبادل واللاتماثل والحقول الشاردة، لتتبع كيف تتشكل النطاقات وتنقلب. السؤال الذي تجيب عنه: كيف تنقلب مغنطة مغناطيس نانوي؟ يُغفل: الحرارة تُعامَل بخشونة، والخلايا الأكبر من طول التبادل تفقد التفاصيل. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي تشغيلات بالفروق المنتهية بملايين الخلايا. منذ: 1988 الدراسة المغناطيسية المجهرية ثلاثية الأبعاد لشابس وبرترام لعمليات المغنطة في مكعبات حديدية مغناطيسية. [المصدر](https://doi.org/10.1063/1.341858) [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: حقول ### نقل الشحنة في أشباه الموصلات العضوية إلكترونات أو ثقوب تقفز بين جزيئات غير منتظمة، تُحاكى بالمشي العشوائي للتنبؤ بالحركية في الإلكترونيات البلاستيكية. السؤال الذي تجيب عنه: ما سرعة حركة الشحنات في مادة عضوية غير منتظمة؟ يُغفل: معدلات القفز مفترضة الشكل، والمورفولوجيا مثالية. تعمل على: نحو 10^11 FLOPS تقريبي قفزات مونت كارلو على شبكات كبيرة. منذ: 1993 محاكاة مونت كارلو لباسلر لنقل الشحنة في موصلات ضوئية عضوية غير منتظمة. [المصدر](https://doi.org/10.1002/pssb.2221750102) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[عمليات عشوائية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-stochastic)القاع: الجزيئات ### حساب التوصيل الحراري الشبكي الحرارة التي تنقلها اهتزازات الشبكة البلورية، مع معدلات تشتّتها من المبادئ الأولى، للتنبؤ بالتوصيل الحراري لبلّورة دون ملاءمة. السؤال الذي تجيب عنه: ما مدى جودة نقل البلّورة للحرارة، انطلاقًا من الذرات وحدها؟ يُغفل: المواد شديدة اللاتوافقية والمضطربة تحتاج إلى معالجة إضافية. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي آلاف حسابات القوى في خلية فائقة. منذ: 2007 التوصيل الحراري الشبكي الذاتي لأشباه الموصلات من المبادئ الأولى عند بروييدو ومالورني وبيرنر ومينغو وستيوارت. [المصدر](https://doi.org/10.1063/1.2822891) [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: الذرات ### التجميع المحدود بالانتشار جسيمات تتجول عشوائيًا حتى تلتصق بعنقود نامٍ، فتنتج كسوريات متفرعة كالتغصنات والرواسب المعدنية. السؤال الذي تجيب عنه: لماذا ينتج السائرون العشوائيون عناقيد كسورية متفرعة؟ يُغفل: يُنمذج قاعدة نمو مثالية واحدة فقط، بلا طاقة سطحية ولا كيمياء. تعمل على: نحو 10^8 FLOPS تقريبي ملايين السائرين على شبكة. منذ: 1981 التجمع المحدود بالانتشار لدى ويتن وساندر، ظاهرة حرجة حركية. [المصدر](https://doi.org/10.1103/physrevlett.47.1400) [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[عمليات عشوائية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-stochastic)القاع: قواعد ### النماذج التوليدية للبلورات نموذج انتشار أو نموذج تغايري مدرَّب على بلورات معروفة يقترح بنى دورية جديدة، ثم يُتحقَّق منها وتُرخى بحسابات ميكانيكا الكم. السؤال الذي تجيب عنه: هل يستطيع نموذج أن يتخيل مواد جديدة مستقرة بدل غربلة المواد المعروفة؟ يُغفل: معظم البنى المقترحة غير مستقرة أو غير قابلة للصنع، والنموذج لا يعرف كيف يركّب أيًّا منها. تعمل على: نحو 10^18 FLOPS تقريبي أسابيع من تدريب وحدات معالجة الرسوميات، ثم سلسلة من فحوص البنية الإلكترونية. منذ: 2021 المُشفِّر التباينيّ التلقائي لانتشار البلورات لدى شيه وزملائه لتوليد مواد دورية. [المصدر](https://arxiv.org/abs/2110.06197) [محاكيات متعلَّمة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-learned)[المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ## التفاعلات والحفز والكيمياء الكهربائية ### الحفز جزيء متفاعل يلتصق بسطح محفّز، يُحسب خطوة بخطوة لإيجاد المسار الذي يخفض الطاقة اللازمة للتفاعل. السؤال الذي تجيب عنه: أي سطح، وأي ترتيب للذرات عليه، يسرّع هذا التفاعل أكثر؟ يُغفل: للمحفزات الحقيقية عيوب وسموم وتقادم لا يضطر سطح نموذج نظيف ومثالي إلى مواجهتها. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عنقود جامعي، أيام لكل سطح محفّز مرشَّح. منذ: 1995 حسابات كمومية مبكرة ترسم مسار تفاعل عبر سطح محفّز. [المبادئ الأولى](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-first-principles)القاع: الذرات ### نمذجة البطاريات والخلايا الكهروكيميائية بطارية كاملة أو خلية وقود، بأقطابها وإلكتروليتها وواجهاتها، تُنمذج معًا عبر الشحن والتفريغ والتسخين على مدى دورات كثيرة. السؤال الذي تجيب عنه: كم دورة ستتحمل هذه الخلية قبل أن تتدهور، وإلى أي درجة ستسخن؟ يُغفل: التدهور على مدى سنوات من الاستخدام الحقيقي لا يزال في معظمه مستقرأً من اختبارات مسرّعة قصيرة، لا محاكى مباشرة. تعمل على: نحو 10^14 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، ساعات لكل اختبار دورات مُحاكى. منذ: 1975 نماذج رياضية مبكرة لشحن قطب بطارية وتفريغه. [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: حقول ### التآكل سطح معدني يفقد ذراته بتفاعل كهروكيميائي مع بيئته، يُتتبَّع وهو يتنقّر أو يرقّ أو يكوّن طبقة واقية. السؤال الذي تجيب عنه: كم سيدوم هذا المعدن قبل أن يتآكل تمامًا؟ يُغفل: يعتمد التآكل الحقيقي بشدة على التلوث المحلي وخدوش السطح والتيارات الشاردة التي يُغفلها النموذج المثالي. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي محطة عمل؛ ساعات لكل سيناريو تآكل. منذ: 1970 نماذج حاسوبية مبكرة للتنقّر والتآكل الكهروكيميائي. [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)القاع: حقول ### التبلور جزيئات أو أيونات في محلول فوق مشبع تجد بعضها وتنغلق في شبكة بلّورية نامية، وتُستخدم للتنبؤ بكيفية تبلور مركّب. السؤال الذي تجيب عنه: أي شكل وحجم للبلورات ستنتجه هذه العملية فعلاً؟ يُغفل: التنوّي، أي تكوّن أول عنقود، يحدث بمقياس وسرعة لا يزالان أسرع من أن يُرصدا أو يُحسبا مباشرةً بالكامل. تعمل على: نحو 10^13 FLOPS تقريبي محطة عمل أو عنقود صغير، ساعات لكل دفعة مُحاكاة. منذ: 1988 نماذج محسوبة مبكرة للتنوّي والنمو من محلول فوق مشبع. [مونت كارلو](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-monte-carlo)[حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)القاع: الجزيئات ### هندسة المفاعلات الكيميائية تدفق المائع والخلط والحرارة ومئات خطوات التفاعل داخل وعاء صناعي، تُنمذج معًا للتنبؤ بكمية المنتج الناتجة. السؤال الذي تجيب عنه: هل سيمزج تصميم المفاعل هذا ويبرّد بسرعة كافية للحصول على تفاعل نظيف وآمن؟ يُغفل: التكبير من مفاعل اختبار صغير إلى مفاعل صناعي كامل لا يزال يفقد دقة بطرق يصححها المهندسون بالخبرة. تعمل على: نحو 10^15 FLOPS تقريبي عنقود جامعي أو صناعي، أيام لكل تصميم يُدرس. منذ: 1970 نماذج مبكرة للديناميكا الحاسوبية للموائع لمفاعل كيميائي صناعي. [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)القاع: حقول ### حركيات البلمرة جزيئات صغيرة تتصل خطوة تفاعل بعد أخرى في سلاسل طويلة، وتُتتبَّع لتوقع طول نموّها ومدى تجانسها في النهاية. السؤال الذي تجيب عنه: كم سيبلغ طول سلاسل البوليمر، وكم سيتفاوت هذا الطول؟ يُغفل: التفاعلات الجانبية التي تتفرع أو تنهي السلاسل مبكرًا تُبسَّط عادةً إلى بضعة معدلات متوسطة. تعمل على: نحو 10^12 FLOPS تقريبي حاسوب محمول؛ تستغرق محاكاة دفعة كاملة دقائق. منذ: 1968 نماذج حركية محسوبة مبكرة لبلمرة بنمو السلسلة. [عمليات عشوائية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-stochastic)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: الجزيئات ### نمذجة أغشية خلايا الوقود والنقل ماء وبروتونات وغاز تتحرك عبر غشاء خلية الوقود وأقطابها، لتوقع الأداء ومتى تجف أو تفيض. السؤال الذي تجيب عنه: كيف يتحرك الماء والشحنة عبر غشاء خلية وقود؟ يُغفل: يعتمد النقل عبر الأغشية على قوانين ملاءمة، ويصعب نمذجة الماء السائل في المسام. تعمل على: نحو 10^10 FLOPS تقريبي نماذج خلوية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، خفيفة على حاسوب مكتبي. منذ: 1991 نموذج سبرينغر وزاودزينسكي وغوتسفلد لخلية وقود بإلكتروليت بوليمري. [المصدر](https://doi.org/10.1149/1.2085971) [حقول متصلة](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-continuum)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: حقول ### نمذجة شبكة المسام صخرة مسامية أو قطب مختزل إلى شبكة من المسام والحلوق، يغزوها السائل خطوة خطوة، للتنبؤ بالتدفق وسلوك الخاصية الشعرية. السؤال الذي تجيب عنه: كيف يملأ السائل مادة مسامية ويتحرك فيها؟ يُغفل: تُبسَّط أشكال المسام الحقيقية إلى أنابيب وكرات. تعمل على: نحو 10^10 FLOPS تقريبي شبكات تضم حتى ملايين المسام، رخيصة مقارنة بالتدفق المباشر. منذ: 1956 نموذج فات الشبكي للأوساط المسامية. [المصدر](https://doi.org/10.2118/574-g) [نماذج الشبكات](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-network)[المعادلات التفاضلية](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/methods#m-equations)القاع: حقول [◂ الأرض والمناخ](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/earth-climate)[الحياة والطب ▸](https://simulation-hypothesis.com/ar/simulations/life-medicine)