---
title: "Kemistri at materyales · Mga Simulasyon · Hypothesis ng Simulasyon"
url: https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/chemistry-materials
description: "Mga electron, bono, likido, kristal at pagkabali: ang asal ng materya bago ito masintesis. Bahagi ng taxonomy ng mga simulasyong talagang pinapatakbo ng mga tao."
license: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
credit: "Ross Allan Dahl, Hypothesis ng Simulasyon (simulation-hypothesis.com)"
---

[Mga Simulasyon](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations)larangan 4 ng 18

# Kemistri at materyales

Mga electron, bono, likido, kristal at pagkabali: ang asal ng materya bago ito masintesis.

Maaaring masimulate ang mga materyal at reaksiyon bago gawin ang mga ito: elektron para sa kimika, atom para sa mekanika, butil para sa microstructure. Isa ang computational chemistry sa pinakamalaking gumagamit ng oras ng supercomputer.

## Mga electron at bond

### Electronic structure

Ang mga elektron ng isang molekula o kristal, nilulutas mula sa quantum mechanics para makuha ang mga hugis, enerhiya at kulay.

Tanong na sinasagot nito: Matatag ba ang molekulang ito, at anong kulay ito?

Hindi kasama: Hindi malulutas ang eksaktong quantum many-electron problem, kaya bawat pamamaraan ay sumasandal sa isang approximation sa isang lugar.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang isang university cluster, ilang oras hanggang araw bawat molekula o kristal. Mula: 1953 mga maagang Hartree-Fock na kalkulasyon na pinatakbo sa ilan sa mga unang kompyuter.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Dynamics ng reaksiyon

Mga bond na nasisira at nabubuo sa isang reaksyong kemikal, kadalasan na ang reacting core ay itinuturing na quantum mechanical at ang paligid ay klasikal.

Tanong na sinasagot nito: Anong landas ang tinatahak ng reaksiyon, at gaano kabilis?

Hindi kasama: Pagpili sa pagmomodelo ang hangganan ng quantum core at ng klasikong paligid, hindi tunay na guhit.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang isang university cluster, mga araw bawat pinag-aralang reaksyon. Mula: 1976 Ang unang pinagsamang quantum at klasikong modelo ng reaksiyon nina Warshel at Levitt.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga atom

### Computational materials screening

Libu-libong kandidatong compound ang awtomatikong kinukuwenta, kung minsan may mga natutuhang shortcut, para hanapin ang may kapaki-pakinabang na katangian.

Tanong na sinasagot nito: Alin sa sampung libong kandidatong ito ang gagawa ng mas mahusay na baterya o solar cell?

Hindi kasama: Sinasala ang mga kandidato ayon sa madaling kwentahing katangian, na hindi laging ang mahalaga sa paggawa ng materyal.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang isang malaking cluster, nagpapatakbo ng libu-libong kalkulasyon nang sabay-sabay. Mula: 2006 mga maagang high-throughput na kalkulasyon na nagsasala ng mga kandidatong materyal.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga excited na estado at photochemistry

Isang molekula pagkatapos nitong sumipsip ng photon, kinukwenta habang nagre-relax, umiikot o nagkakawatak-watak sa ibang energy surface kaysa sa ground state nito.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang ginagawa ng molekulang ito sa sandali pagkatapos sumipsip ng liwanag?

Hindi kasama: Mas hindi maaasahan ang mga paraan ng excited-state kaysa sa ground-state, at ang pinakamura ay maaaring magkamali nang ganap.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang isang university cluster, ilang oras hanggang araw bawat molekula. Mula: 1984 mga maagang time-dependent na quantum chemistry na kalkulasyon ng mga excited na molekula.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Hula ng spectroscopy

Ang mga nucleus at electron ng isang molekula na kinukwenta para mahulaan kung saan babagsak ang magnetic resonance, infrared o iba pang spectral line nito, sinusuri laban sa nasukat na spectrum.

Tanong na sinasagot nito: Tumutugma ba ang kinwentang spectrum na ito sa aktuwal na naitala ng instrumento, na nagpapatunay sa istruktura?

Hindi kasama: Kapansin-pansing lumalala para sa mas mabibigat na atomo at mas nababaluktot na molekulang pinakamahalaga sa praktika.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat molekula. Mula: 1974 mga maagang kinwentang pagbabago ng nuclear magnetic resonance na inihambing sa mga nasukat na spectrum.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Solvation free energy

Ang mga electron ng isang molekula na muling kinukwenta na parang nasa loob ng tuloy-tuloy na aproksimasyon ng solvent, para malaman kung gaano karaming enerhiya ang nagagastos o nalalabas sa pagtunaw nito.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kadaling matutunaw ang molekulang ito, at binabago ba ng solvent ang reaksiyon nito?

Hindi kasama: Pinapalitan ng makinis na average na field ang solvent, na hindi isinasama ang mga partikular na interaksiyon tulad ng hydrogen bond sa isang indibidwal na molekula ng tubig sa kritikal na lugar.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang minuto hanggang oras bawat molekula. Mula: 1981 mga maagang continuum solvation model na idinagdag sa mga kalkulasyon ng quantum chemistry.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga machine-learned na interatomic potential

Isang neural network ang ina-fit sa mga enerhiya ng electronic-structure at saka nagpapatakbo ng molecular dynamics na halos kasingtumpak ng quantum sa halagang klasikal.

Tanong na sinasagot nito: Makukuha ba ang mga puwersang quantum-level para sa milyun-milyong atomo sa loob ng nanosegundo?

Hindi kasama: Limitado ang katumpakan sa mga kimika at heometriyang nasa training set.

Tumatakbo sa: mga 10^17 FLOPS magaspang Pagsasanay sa libu-libong quantum na kuwenta, saka malaking MD Mula: 2007 Generalized neural-network representation of high-dimensional potential-energy surfaces (2007) [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.146401) Sa simulations tree: [Mga natutuhang surrogate model](https://simulation-hypothesis.com/fil/trees/simulations?n=m-learned)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga unibersal na interatomikong potensiyal

Isang graph neural network na sinanay sa malaking database ng mga materyal ang humuhula ng mga enerhiya at puwersa para sa karamihan ng periodic table.

Tanong na sinasagot nito: Mapapalitan ba ng isang natutunang modelo ang hiwalay na na-fit na potential para sa bawat materyal?

Hindi kasama: Nag-iiba ang katumpakan ayon sa elemento at kadalasang pinalalambot ang potential-energy surface.

Tumatakbo sa: mga 10^17 FLOPS magaspang Pagsasanay sa milyun-milyong istruktura, murang inference Mula: 2022 A universal graph deep learning interatomic potential for the periodic table (2022) [pinagmulan](https://arxiv.org/abs/2202.02450)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)pinakamababang antas: Mga atom

### Quantum chemistry sa mga quantum computer

Isang variational quantum algorithm ang naghahanda at sumusukat sa electronic state ng isang molekula sa totoong aparato, na may klasikal na optimiser na nag-aayos ng circuit.

Tanong na sinasagot nito: Mahahanap ba ng isang quantum processor ang ground-state na enerhiya ng isang maliit na molekula?

Hindi kasama: Napakaliliit na molekula pa lang, na ingay ang nangingibabaw sa error.

Tumatakbo sa: walang kompyuter. Quantum hardware; maliliit lang ang klasikong pagsusuri Mula: 2014 A variational eigenvalue solver on a photonic quantum processor (2014) [pinagmulan](https://doi.org/10.1038/ncomms5213)

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga molekula

### Ab initio molecular dynamics

Mga atomong gumagalaw sa oras na ang mga puwersa ay muling kinukwenta mula sa mga electron sa bawat hakbang, kaya nasisira at nabubuo ang mga bond nang walang paunang itinakdang force field.

Tanong na sinasagot nito: Paano gumagalaw at nagbubuklod ang mga atom kapag direkta mula sa quantum mechanics ang mga puwersa nila?

Hindi kasama: Daan-daang atom lang sa loob ng mga picosecond ang masusundan, at pumapasok sa bawat puwersa ang mga error ng density-functional.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang daan-daang atom sa loob ng sampu-sampung picosecond sa malaking alokasyon. Mula: 1985 Ang pinag-isang paraan nina Car at Parrinello para sa molecular dynamics at density-functional theory. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrevlett.55.2471) Sa simulations tree: [Ab initio molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/trees/simulations?n=mat-abinitio)

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga atom

### Path-integral molecular dynamics

Mga atomic nucleus na itinuturing na quantum object sa pagkatawan sa bawat isa bilang singsing ng magkakaugnay na kopya, kaya inililipat ng tunnelling at zero-point motion ang mga hydrogen bond at diffusion.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalaki ang binabago ng mga quantum effect ng hydrogen sa kilos ng tubig at yelo?

Hindi kasama: Hindi nababawi ang real-time na quantum na kilos, tanging equilibrium at tinatayang dynamical na katangian.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang nagpaparami ng gastos ng klasikong dinamika ang sampu-sampung kopya bawat atom. Mula: 1984 Path-integral simulation nina Parrinello at Rahman ng isang elektron na nakulong sa tunaw na asin. [pinagmulan](https://doi.org/10.1063/1.446740)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga atom

### Real-time na dynamics ng elektron

Ang ulap ng elektron ng isang molekula o kristal na sinusundan sa paglipas ng oras habang tinatamaan ito ng pulso ng liwanag, para malaman ang mga spectra ng pagsipsip at ultrafast na tugon.

Tanong na sinasagot nito: Paano tumutugon ang mga elektron sa unang mga femtosecond pagkatapos dumating ang liwanag?

Hindi kasama: Hindi nakukuha ng tinatayang exchange-correlation functional ang ilang excitation, at kadalasang nakapirmi ang mga ion.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang isang time-stepped na density-functional na takbo sa libu-libong hakbang. Mula: 1996 Ang time-dependent local-density approximation sa real time nina Yabana at Bertsch. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrevb.54.4484)

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)pinakamababang antas: Mga atom

### Dynamics ng quantum wavepacket

Ang mga nucleus ng maliit na molekula na itinuturing na quantum wave na gumagalaw sa energy surface, para eksaktong sundan ang reaksiyon, tunneling at vibration.

Tanong na sinasagot nito: Paano nanginginig at tumutugon ang isang molekula kapag sumusunod sa quantum mechanics ang mga nucleus nito?

Hindi kasama: Matarik ang paglaki ng gastos sa dami ng atomo, kaya maliliit na molekula lang ang magagawa.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang multiconfigurational propagation para sa sampu-sampung degree of freedom. Mula: 1990 Multiconfigurational time-dependent Hartree approach nina Meyer, Manthe at Cederbaum. [pinagmulan](https://doi.org/10.1016/0009-2614%2890%2987014-i)

[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga molekula

### Paghahanap ng transition-state at landas ng reaksiyon

Ang ruta ng pinakamababang enerhiya sa pagitan ng dalawang ayos ng mga atom na natatagpuan sa pag-relax ng kadena ng mga intermediate na imahe, para makuha ang mga harang at bilis ng reaksiyon.

Tanong na sinasagot nito: Anong harang ang dapat tawirin ng mga atom kapag nagbago ng hugis ang molekula o depekto?

Hindi kasama: Nahahanap nito ang mga ruta na umiiral malapit sa hula at maaari nitong makaligtaan ang tunay na pinakamababang hadlang.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang bawat larawan ay nangangailangan ng electronic-structure na kalkulasyon, inuulit sa buong kadena. Mula: 1998 Nudged elastic band method nina Jonsson, Mills at Jacobsen para sa mga landas ng pinakamababang enerhiya. [pinagmulan](https://doi.org/10.1142/9789812839664%5F0016)

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga atom

### Awtomatikong pagbuo ng reaction-mechanism

Nililikha ng mga tuntunin ang bawat reaksiyong maaaring pagdaanan ng isang hanay ng mga molekula, saka pinuputol ito ng rate model tungo sa mekanismo ng pagkasunog o pyrolysis.

Tanong na sinasagot nito: Aling mga reaksiyon ang mahalaga kapag nasusunog o nasisira ang gatong?

Hindi kasama: Tinatantiya mula sa mga tuntunin ng grupo ang mga rate coefficient, at kakaunti ang pagsubok sa mga hindi karaniwang landas.

Tumatakbo sa: mga 10^8 FLOPS magaspang paglago ng network sa libu-libong uri, kasama ang mga kinetic na takbo. Mula: 1994 Ang computer-generated na pyrolysis modelling nina Broadbelt, Stark at Klein na may on-the-fly na pagbuo ng species at reaksyon. [pinagmulan](https://doi.org/10.1021/ie00028a003)

[Mga patakaran at estado](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-rules)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga molekula

### Quantum Monte Carlo para sa mga elektron

Direktang kumukuha ng sampol ng many-electron wavefunction ang mga random walker, na nagbibigay ng halos eksaktong enerhiya ng mga molekula at solido nang walang density-functional approximation.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang tumpak na enerhiya ng sistemang elektron na ito, bilang benchmark ng mas murang pamamaraan?

Hindi kasama: Naiiwasan ang fermion sign problem sa pagpapako sa mga node ng wavefunction, kaya nakadepende ang sagot sa hulang iyon.

Tumatakbo sa: mga 10^17 FLOPS magaspang milyun-milyong core-hour para sa isang molecular crystal. Mula: 1980 Ang stochastic na kalkulasyon nina Ceperley at Alder sa ground state ng electron gas. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrevlett.45.566)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga learned density functional

Isang machine-learning na modelo ang nag-uugnay ng electron density sa enerhiya, na pumapalit sa mga gawa-kamay na aproksimasyon sa density-functional theory.

Tanong na sinasagot nito: Matatalo ba ng isang na-fit na functional ang mga gawa-kamay na ginamit ng mga kimiko sa loob ng mga dekada?

Hindi kasama: Maaasahan lang ang fitted functional sa mga uri ng molekula at kondisyong kinakatawan sa datos ng pagsasanay nito.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang pagsasanay sa mga reference na enerhiyang mataas ang katumpakan, saka takbo ng electronic-structure na may karaniwang gastos. Mula: 2012 Ang machine-learned na density functionals nina Snyder, Rupp, Hansen, Müller at Burke para sa isang modelong sistema. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.253002)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga neural-network na wavefunction para sa mga molekula

Isang neural network ang ginagamit bilang many-electron wavefunction ng isang molekula at sinasanay sa variational Monte Carlo para makaabot sa halos eksaktong enerhiya.

Tanong na sinasagot nito: Gaano katumpak mailalarawan ng isang learned wavefunction ang mga elektron ng isang maliit na molekula?

Hindi kasama: Matarik ang pagtaas ng gastos sa dami ng electron, kaya maliliit na molekula lang ang naabot.

Tumatakbo sa: mga 10^18 FLOPS magaspang mga araw sa sampu-sampung GPU para sa isang molekula. Mula: 2019 FermiNet nina Pfau at mga kasamahan, isang deep neural network na solusyon sa many-electron na Schrödinger equation. [pinagmulan](https://arxiv.org/abs/1909.02487)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

## Mga molekulang gumagalaw

### Mga likido at solusyon

Tubig at iba pang likido bilang milyun-milyong nag-iinteract na molekula, na may mga solute na natunaw sa mga ito.

Tanong na sinasagot nito: Bakit may kakaibang katangian ang tubig, at paano natutunaw ang asin?

Hindi kasama: Inaayos ang force field sa pagitan ng mga atom sa maliit na hanay ng katangian at hindi garantisadong magagaya ang iba.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU; bilyun-bilyong hakbang ng molekula bawat segundo. Mula: 1964 Molecular dynamics ni Rahman ng likidong argon; sinundan ng tubig kasama sina Rahman at Stillinger noong 1971

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga molekula

### Mga polymer at soft matter

Mga molekulang mahaba ang kadena, gel, foam at liquid crystal, na karaniwang coarse-grained tungo sa mga butil.

Tanong na sinasagot nito: Paano umuunat ang isang plastik, at paano pumipirmi ang isang gel?

Hindi kasama: Itinatapon ng coarse-graining ang mabilis na galaw ng atomo, kaya tinatayang tiyempo lang ang ilang proseso.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU o maliit na cluster, ilang oras bawat sistema. Mula: 1962 Ang maagang lattice Monte Carlo na modelo nina Verdier at Stockmayer ng kadena ng polymer.

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga molekula

### Combustion

Apoy bilang daloy ng likido na nakakabit sa daan-daang kemikal na reaksyon.

Tanong na sinasagot nito: Paano natin masusunog nang mas malinis ang gasolina, o mapipigilan ang pag-knock ng makina?

Hindi kasama: Pinapasimple ang daan-daang tunay na reaksiyon tungo sa dosena na kayang sundan ng kompyuter sa bawat hakbang.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang isang malaking cluster, mga araw para sa isang buong siklo ng makina. Mula: 1955 mga maagang numerikal na solusyon ng mga laminar flame equation.

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)pinakamababang antas: Mga field

### Mga colloid at pagbuo ng nanoparticle

Libu-libong nanoparticle o colloidal na butil na itinutulak ng thermal na pagbabago ng nakapaligid na likido, na dumidikit, nag-aayos o nagsasama-sama habang nagbabanggaan.

Tanong na sinasagot nito: Magsasaayos ba ang mga particle na ito sa maayos na istruktura, o magsasama-sama nang magulo?

Hindi kasama: Malaki ang epekto ng mga detalye ng patong sa ibabaw ng particle sa kalalabasan, at karaniwang binabawasan sa iisang parameter ng adhesion.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang isang workstation o desktop GPU, ilang oras bawat assembly run. Mula: 1986 mga maagang Brownian dynamics na simulation ng mga colloidal particle sa suspensyon.

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga molekula

### Pagbuo ng salamin

Isang likidong pinalamig nang napakabilis sa simulation kaya naiipit ang mga molekula nito sa isang magulong solido bago pa sila makapag-kristal.

Tanong na sinasagot nito: Bakit nagyeyelo ang likidong ito bilang magulong salamin sa halip na maayos na kristal?

Hindi kasama: Mas mabilis nang husto ang simulate na paglamig kaysa sa anumang tunay na salamin na napalamig na, ng maraming orders of magnitude.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU o maliit na cluster, ilang oras hanggang araw bawat takbo. Mula: 1976 mga maagang molecular dynamics na simulation ng likidong biglang pinalamig tungo sa salamin.

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga molekula

### Mga tunaw na asin at ionic liquid

Mga ion sa halip na neutral na molekula, na nag-uugnayan sa pamamagitan ng malakas na puwersang Coulomb sa isang likidong walang solvent.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kahusay magdala ng karga ang likidong ito, at paano gumagalaw ang mga ion nito?

Hindi kasama: Mas mahirap makuha sa force field ang malalakas na electrostatic na puwersa sa pagitan ng mga ion kaysa sa neutral na molekula at madalas na tinatantiya lang.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU o maliit na cluster, ilang oras bawat pinag-aralang likido. Mula: 1983 mga maagang molecular dynamics na simulation ng tinunaw na asin.

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga molekula

### Reactive na force-field dynamics

Molecular dynamics na may bond-order potential na nagpapahintulot na mabuo at mabali ang mga bono habang tumatakbo, sa mas mababang gastos kaysa sa mga quantum method.

Tanong na sinasagot nito: Paano nasisira at nabubuo ang mga bono sa libu-libong atom sa loob ng mga nanosecond?

Hindi kasama: Iniaayon ang mga parameter sa bawat kimika, at hindi tahasang itinuturing ang mga elektron.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang Milyun-milyong atom sa loob ng mga nanosecond Mula: 2001 ReaxFF: a reactive force field for hydrocarbons (2001) [pinagmulan](https://doi.org/10.1021/jp004368u)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga atom

### Metadynamics at enhanced sampling

Molecular dynamics na itinutulak ng bias na nakadepende sa kasaysayan ang sistema palabas ng lokal na minimum para imapa ang mga bihirang pangyayari at free-energy surface.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kataas ang mga hadlang sa pagitan ng mga estado na hindi kailanman tinatawid ng payak na dynamics?

Hindi kasama: Nakadepende ang resulta sa pagpili ng mahusay na collective variable.

Tumatakbo sa: mga 10^17 FLOPS magaspang Maraming biased na trajectory sa iilang piniling variable Mula: 2002 Escaping free-energy minima (2002) [pinagmulan](https://doi.org/10.1073/pnas.202427399)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga learned na equilibrium sampler

Isang generative network ang sinasanay para gumuhit ng mga independiyenteng configuration ng molekula mula sa Boltzmann distribution, para maiwasan ang mahahabang trajectory.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang direktang i-sample ang mga bihirang estado ng isang molekula sa halip na hintayin ang mga ito?

Hindi kasama: Nawawala ang dinamika at kinetics, at mahirap ang pagsasanay para sa malalaking sistema.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang Pagsasanay at reweighting Mula: 2018 Boltzmann Generators: sampling equilibrium states of many-body systems with deep learning (2018) [pinagmulan](https://arxiv.org/abs/1812.01729)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga molekula

### Kinetic Monte Carlo

Mga atomong tumatalon sa ibabaw o sa kristal na random na pinipili na may mga probabilidad na itinakda ng bilis nila, kaya naaabot ang mga prosesong tumatagal ng segundo o oras.

Tanong na sinasagot nito: Paano nagbabago ang isang ibabaw o kristal sa mahabang panahon sa pagitan ng mga talon ng atom?

Hindi kasama: Kailangang ilista nang una ang bawat posibleng pangyayari at bilis nito, kaya nalalampasan ang mga nakagugulat na mekanismo.

Tumatakbo sa: mga 10^11 FLOPS magaspang milyun-milyong pangyayari, na ang mga rate ay kinuwenta na noon pa mula sa first principles. Mula: 1975 Ang event-driven Monte Carlo algorithm nina Bortz, Kalos at Lebowitz para sa mga Ising spin system. [pinagmulan](https://doi.org/10.1016/0021-9991%2875%2990060-1)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga prosesong stochastic](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-stochastic)pinakamababang antas: Mga atom

### Coarse-grained na molecular dynamics

Mga grupo ng ilang atom na pinagsama sa iisang butil para masundan ang mga lamad, polymer at lipid na nag-aayos ng sarili sa loob ng mga microsecond sa mas malalaking kahon.

Tanong na sinasagot nito: Paano nabubuo sa loob ng mga microsecond ang malalaking molecular assembly?

Hindi kasama: Itinatapon ng pagsasanib ng mga atom ang detalye gaya ng direksiyon ng hydrogen bond, at hindi mahigpit na pisikal ang oras.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang milyun-milyong butil sa loob ng mga microsecond. Mula: 2007 Coarse-grained na force field nina Marrink at mga kasamahan para sa mga biomolecular na simulation. [pinagmulan](https://doi.org/10.1021/jp071097f)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Mga partikulo at N-body](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-particles)pinakamababang antas: Mga molekula

### Dissipative particle dynamics

Ang malalambot na butil na kumakatawan sa mga kumpol ng likido ay nag-uugnayan sa pamamagitan ng friction at random na sipa, na nagbibigay ng tamang hydrodynamics para sa mga polymer at colloid sa malalaking sukat.

Tanong na sinasagot nito: Paano dumadaloy at nag-aayos ng sarili ang mga polymer at surfactant na likido sa mesoscopic na antas?

Hindi kasama: Pinapayagan ng malalambot na potensiyal na tumawid ang mga kadena sa isa't isa nang hindi pisikal maliban kung itatama.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang milyun-milyong butil sa mahabang panahon. Mula: 1992 Simulasyon nina Hoogerbrugge at Koelman ng mga mikroskopikong hydrodynamic na penomena gamit ang dissipative particle dynamics. [pinagmulan](https://doi.org/10.1209/0295-5075/19/3/001)

[Mga partikulo at N-body](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-particles)[Mga prosesong stochastic](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-stochastic)pinakamababang antas: Mga molekula

### Mga paraan ng free-energy na may enhanced sampling

Mga simulation na itinutulak na tumawid sa matataas na hadlang, tulad ng pagdaragdag ng bias na nakadepende sa kasaysayan, para makuwenta ang mga bihirang pangyayari at free-energy landscape.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang free-energy na gastos ng bihirang pagbabago, tulad ng nucleation o pagkakapit?

Hindi kasama: Nakadepende ang sagot sa pagpili ng mga collective variable, at maling tanawin ang idinudulot ng kulang na isa.

Tumatakbo sa: mga 10^16 FLOPS magaspang mahahabang biased na takbo sa mga piniling variable. Mula: 2002 Escaping free-energy minima by metadynamics nina Laio at Parrinello. [pinagmulan](https://doi.org/10.1073/pnas.202427399)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga atom

### Adsorption sa mga butas-butas na materyal

Mga molekula ng gas na ipinapasok at inaalis nang random sa isang modelo ng butas-butas na solido, para mahulaan kung gaano karami ang aadsorb ng zeolite o framework na materyal.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karaming gas ang hawak ng isang porous na materyal sa isang takdang presyon?

Hindi kasama: Mali ang hatol ng mga rigid-framework at fixed-charge na approximation sa mga nababaluktot na materyal.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang milyun-milyong insertion bawat state point, libu-libong istruktura. Mula: 1975 Ang grand canonical ensemble Monte Carlo ni Adams para sa isang Lennard-Jones na likido. [pinagmulan](https://doi.org/10.1080/00268977500100221)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga molekula

### Polymer self-consistent field theory

Mga kadenang pinalitan ng density field na nakararamdam ng sarili nitong karaniwang hila, kaya nalulutas ang block copolymer at mga timpla para sa kanilang maayos na pattern nang hindi sinusubaybayan ang mga indibidwal na kadena.

Tanong na sinasagot nito: Anong padron ang mabubuo sa sariling pag-aayos ng block copolymer?

Hindi kasama: Hindi pinapansin ng mean-field theory ang mga pagbabago-bago, na mahalaga malapit sa mga hangganan ng phase.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang paglutas ng mga equation ng diffusion sa isang grid sa tatlong dimensyon. Mula: 1965 Ang statistical mechanics ni Edwards ng mga polymer na may excluded volume. [pinagmulan](https://doi.org/10.1088/0370-1328/85/4/301)

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga molekula

### Chain-growth Monte Carlo para sa mga polymer

Mahahabang molecular chain na binubuo nang isang bono sa bawat pagkakataon na may timbang, para sukatin ang laki, entropy at excluded-volume na kilos ng mga ito.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalaki ang isang mahaba at nababaluktot na kadena, at bakit hindi ito tumatawid sa sarili nito?

Hindi kasama: Hindi pantay na lumalaki ang mga timbang kasabay ng haba ng kadena, kaya kailangan ng mga resampling trick ang napakahahaba.

Tumatakbo sa: mga 10^9 FLOPS magaspang milyun-milyong chain, mas mura nang husto kaysa sa dynamics. Mula: 1955 Monte Carlo na pagkuwenta nina Rosenbluth at Rosenbluth ng karaniwang haba ng mga molecular chain. [pinagmulan](https://doi.org/10.1063/1.1741967)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga molekula

## Mga solido

### Magnetismo at mga phase transition

Mga spin sa isang lattice na random na bumabaligtad, ang klasikong Ising model at ang mga sumunod dito, na ginagamit para pag-aralan kung paano lumilitaw ang kaayusan sa kritikal na temperatura.

Tanong na sinasagot nito: Bakit nawawala ang magnetismo ng magnet sa isang eksaktong temperatura lang?

Hindi kasama: Ang totoong magnet ay may mga detalye ng hugis at dumi na sadyang iniiwan ng ideyal na lattice.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang isang laptop; bilyun-bilyong spin flip bawat segundo. Mula: 1953 ang Metropolis accept–reject na Monte Carlo method, na kalaunan ay naging karaniwang kagamitan para sa mga spin model; ang papel noong 1953 mismo ay nagsimulate ng mga hard disk [pinagmulan](https://zhanggroup.org/teaching/literature/Metropolis1953.pdf) Sa simulations tree: [Algoritmong Metropolis](https://simulation-hypothesis.com/fil/trees/simulations?n=m-mcmc)

[Patakbuhin ang interactive na modelo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/run#toy-ising)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga atom

### Pagkabasag at mga depekto

Mga atomo sa dulo ng bitak, at ang mga depektong nagpapahintulot sa mga metal na yumuko sa halip na mabasag.

Tanong na sinasagot nito: Bakit nababasag sa halip na bumabaluktot ang materyal na ito?

Hindi kasama: Ang dulo ng bitak na ilang atomo lang ang lapad ay kailangan pa ring katawanin ang bitak na tumatakbo sa buong biga.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU o maliit na cluster, ilang oras bawat takbo ng bitak. Mula: 1976 Ang maagang molecular dynamics na simulation nina Ashurst at Hoover ng dulo ng bitak.

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)pinakamababang antas: Mga atom

### Microstructure

Mga butil ng kristal na nabubuo at lumalaki habang tumitigas o pinoproseso sa init ang isang metal, madalas gamit ang phase-field method.

Tanong na sinasagot nito: Anong heat treatment ang nagbibigay ng pinakamatibay na haluang metal?

Hindi kasama: Itinuturing na makinis na mathematical na ibabaw ang mga hangganan ng butil, hindi ang magugulong depekto na mayroon talaga ang mga ito.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat tumitigas na haluang metal. Mula: 1991 Ang maagang phase-field model nina Chen at Khachaturyan ng lumalaking microstructure.

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga field

### Mga granular na materyal

Buhangin, butil, pulbos at tableta bilang milyun-milyong indibidwal na particle na nagbabanggaan at nagsisiksikan.

Tanong na sinasagot nito: Bakit nabubuhol ang silo, at paano nagsisimula ang avalanche?

Hindi kasama: Magaspang at hindi pantay ang tunay na butil; halos laging idealisadong sphere ang sa simulation.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang desktop GPU o maliit na cluster, milyun-milyong butil nang sabay-sabay. Mula: 1979 Ang unang discrete element model nina Cundall at Strack ng mga butil-butil na particle.

[Patakbuhin ang interactive na modelo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/run#toy-sand)

[Mga partikulo at N-body](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-particles)pinakamababang antas: Mga katawan

### Dislocation dynamics

Mga line defect na dumadaan sa lattice ng kristal, sinusundan habang gumagalaw, dumarami at nagkakabuhul-buhol para magdulot ng permanenteng pagbaluktot o pag-unat.

Tanong na sinasagot nito: Bakit bumabaluktot sa halip na nababali ang metal na ito, at gaano ito katibay talaga?

Hindi kasama: Itinuturing na malilinis na linya ang mga dislocation sa kristal na kung hindi ay perpekto, gayong puno ang tunay na metal ng iba pang depektong nakikipag-ugnayan sa mga ito.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras hanggang araw bawat takbo. Mula: 1990 mga maagang discrete dislocation dynamics na simulation ng crystal plasticity.

[Mga partikulo at N-body](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-particles)[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)pinakamababang antas: Mga atom

### Paglaki ng manipis na patong

Mga atomong dumarating nang isa-isa sa ibabaw at dumidikit, tumatalon o nagbabaon sa isa't isa habang nabubuo ang manipis na patong, patong por patong.

Tanong na sinasagot nito: Makinis ba ang paglaki ng manipis na patong na ito, o magaspang at puno ng depekto?

Hindi kasama: May kontaminasyon at hindi pantay na daloy ang mga tunay na deposition chamber na wala sa idealisadong flux ng mga atom.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang isang workstation; ilang oras bawat na-simulate na manipis na patong Mula: 1966 mga maagang kinetic Monte Carlo na modelo ng mga atomong dumarating sa lumalaking ibabaw.

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga atom

### Mga cascade ng pinsala ng radyasyon sa mga materyal

Isang mabilis na atomo na bumangga sa isang kristal, sinusundan habang inililipat nito ang mga kapitbahay at nag-iiwan ng mga bakante, para mahulaan kung paano nasisira ang mga metal na naradyasyon.

Tanong na sinasagot nito: Ilang atom ang natatanggal sa kristal ng isang pagtama?

Hindi kasama: Pagkatapos ay umuunlad ang mga depekto sa loob ng mga taon, higit na higit pa sa tagal ng cascade, at kailangan ng ibang paraan para tulayan ang agwat.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang milyun-milyong atom sa loob ng sampu-sampung picosecond, inuulit para sa maraming direksiyon ng tama. Mula: 1960 Ang dinamika ng pinsala ng radyasyon sa copper lattice nina Gibson, Goland, Milgram at Vineyard. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrev.120.1229)

[Molecular dynamics](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-molecular-dynamics)[Mga partikulo at N-body](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-particles)pinakamababang antas: Mga atom

### Alloy cluster expansion

Ang enerhiya ng isang haluang metal na isinusulat bilang kabuuan sa maliliit na kumpol ng magkakatabing atom, para masampolan gamit ang Monte Carlo ang ayos at phase diagram.

Tanong na sinasagot nito: Anong mga ayos ng atom ang mas gusto ng haluang metal, at kailan ito nag-aayos?

Hindi kasama: Nakapirmi ang expansion sa isang tiyak na lattice at maaaring makaligtaan ang mga ambag ng vibration at magnetismo.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang daan-daang first-principles na enerhiya, saka murang lattice Monte Carlo. Mula: 1984 Pangkalahatang cluster description ng mga multicomponent system nina Sanchez, Ducastelle at Gratias. [pinagmulan](https://doi.org/10.1016/0378-4371%2884%2990096-7)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Lattice field theory](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-lattice)pinakamababang antas: Mga atom

### Crystal plasticity finite-element modelling

Mga butil ng metal na nababago ang hugis dahil sa pagdulas sa mga partikular na crystal plane, na may kani-kanilang oryentasyon, para hulaan ang lakas, texture at kilos sa pagbubuo.

Tanong na sinasagot nito: Paano pinagpapasyahan ng oryentasyon ng kristal kung paano bumabaluktot at tumitigas ang isang metal?

Hindi kasama: Iniayon sa mga pagsubok ang mga batas ng pagtigas at walang alaala ng mga indibidwal na dislocation.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang mga finite-element na modelo ng libu-libong butil. Mula: 1982 Pagsusuri nina Peirce, Asaro at Needleman sa hindi pantay at lokal na deformation sa mga ductile na single crystal. [pinagmulan](https://doi.org/10.1016/0001-6160%2882%2990005-0)

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga field

### Micromagnetic simulation

Ang direksyon ng magnetisasyon sa isang magnet, hinati sa mga cell, na may exchange, anisotropy at stray field, para sundan kung paano nabubuo at nagpapalit ang mga domain.

Tanong na sinasagot nito: Paano nagsi-switch ang magnetisasyon ng isang nanomagnet?

Hindi kasama: Magaspang ang pagtrato sa temperatura, at nawawalan ng detalye ang mga cell na mas malaki sa exchange length.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang mga finite-difference na takbo na may milyun-milyong cell. Mula: 1988 Three-dimensional na micromagnetic na pag-aaral nina Schabes at Bertram ng mga proseso ng magnetisasyon sa mga ferromagnetic na kubo. [pinagmulan](https://doi.org/10.1063/1.341858)

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga field

### Pagdadala ng karga sa organic semiconductor

Mga electron o butas na tumatalon sa pagitan ng mga magulong molekula, sini-simulate gamit ang random walk para mahulaan ang mobility sa plastic electronics.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kabilis gumagalaw ang mga karga sa isang hindi maayos na organikong materyal?

Hindi kasama: Ipinapalagay lang ang anyo ng mga hop rate at idealisado ang morpolohiya.

Tumatakbo sa: mga 10^11 FLOPS magaspang Monte Carlo na mga hop sa malalaking lattice. Mula: 1993 Ang Monte Carlo na simulation ni Bassler sa transportasyon ng karga sa mga magulong organikong photoconductor. [pinagmulan](https://doi.org/10.1002/pssb.2221750102)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga prosesong stochastic](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-stochastic)pinakamababang antas: Mga molekula

### Pagkalkula ng lattice thermal conductivity

Init na dala ng mga vibration ng lattice, na ang mga rate ng scattering ay mula sa first principles, para hulaan ang thermal conductivity ng isang kristal nang walang fitting.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kahusay magdala ng init ang isang kristal, mula sa mga atom lamang?

Hindi kasama: Kailangan ng dagdag na pagtrato ang mga materyal na lubhang anharmonic at magulo ang ayos.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang libu-libong kuwenta ng puwersa sa isang supercell. Mula: 2007 Ang intrinsic na lattice thermal conductivity ng mga semiconductor mula sa first principles nina Broido, Malorny, Birner, Mingo at Stewart. [pinagmulan](https://doi.org/10.1063/1.2822891)

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga atom

### Diffusion-limited aggregation

Mga particle na gumagala nang random hanggang dumikit sa lumalaking kumpol, na lumilikha ng sumasangang fractal tulad ng dendrite at mineral na deposito.

Tanong na sinasagot nito: Bakit lumalaki ang mga random walker bilang sumasangang fractal na kumpol?

Hindi kasama: Isang idinealisang tuntunin ng paglago lang ang kinakatawan nito, na walang surface energy o kimika.

Tumatakbo sa: mga 10^8 FLOPS magaspang milyun-milyong walker sa isang lattice. Mula: 1981 Ang diffusion-limited aggregation nina Witten at Sander, isang kinetic na kritikal na penomenon. [pinagmulan](https://doi.org/10.1103/physrevlett.47.1400)

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga prosesong stochastic](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-stochastic)pinakamababang antas: Mga patakaran

### Mga generative na modelo ng kristal

Isang diffusion o variational na modelong sinanay sa mga kilalang kristal ang nagmumungkahi ng mga bagong periodic na istruktura, na sinusuri at niluluwag pagkatapos gamit ang mga kalkulasyong quantum-mechanical.

Tanong na sinasagot nito: Makalilikha ba ang isang modelo ng matatag na bagong materyal sa halip na magsala ng mga kilala na?

Hindi kasama: Karamihan sa mga iminungkahing istruktura ay hindi matatag o hindi magagawa, at hindi alam ng modelo kung paano i-synthesise ang alinman sa mga ito.

Tumatakbo sa: mga 10^18 FLOPS magaspang mga linggo ng pagsasanay sa GPU, saka pipeline ng mga pagsusuring electronic-structure. Mula: 2021 Ang crystal diffusion variational autoencoder nina Xie at mga kasamahan para sa paglikha ng periodic na materyal. [pinagmulan](https://arxiv.org/abs/2110.06197)

[Mga natutuhang emulator](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-learned)[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

## Mga reaksiyon, catalysis at electrochemistry

### Catalysis

Isang nagre-react na molekula na dumidikit sa ibabaw ng catalyst, kinukwenta hakbang por hakbang para hanapin ang landas na nagpapababa ng enerhiyang kailangan para sa reaksyon.

Tanong na sinasagot nito: Aling ibabaw, at aling ayos ng atom dito, ang pinakamabilis na nagpapabilis sa reaksiyong ito?

Hindi kasama: May mga depekto, lason at pagtanda ang mga tunay na catalyst na hindi kailanman kailangang harapin ng malinis at perpektong ibabaw ng modelo.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang isang university cluster, mga araw bawat kandidatong ibabaw ng catalyst. Mula: 1995 mga maagang quantum na kalkulasyon na nagmamapa ng landas ng reaksyon sa ibabaw ng catalyst.

[Mga unang prinsipyo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-first-principles)pinakamababang antas: Mga atom

### Pagmomodelo ng baterya at electrochemical cell

Isang buong baterya o fuel cell, ang mga electrode, electrolyte at interface nito, imodelo nang magkakasama sa pamamagitan ng pag-charge, pagdiskarga at pag-init sa maraming siklo.

Tanong na sinasagot nito: Ilang siklo ang malalampasan ng cell na ito bago ito masira, at gaano ito iinit?

Hindi kasama: Ang pagkasira sa loob ng mga taon ng totoong paggamit ay halos ini-extrapolate pa rin mula sa maiikling accelerated na pagsubok, hindi direktang sini-simulate.

Tumatakbo sa: mga 10^14 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat na-simulate na cycling test. Mula: 1975 mga maagang matematikal na modelo ng pag-charge at pagdiskarga ng electrode ng baterya.

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga field

### Kalawang

Isang ibabaw ng metal na nawawalan ng atomo dahil sa electrochemical na reaksyon sa kapaligiran nito, sinusundan habang nagkakabutas, numinipis o bumubuo ng pananggalang na patong.

Tanong na sinasagot nito: Gaano katagal tatagal ang metal na ito bago ito kalawangin hanggang tumagos?

Hindi kasama: Malaki ang nakasalalay ng tunay na kalawang sa lokal na kontaminasyon, gasgas sa ibabaw at naliligaw na kuryente na wala sa ideal na modelo.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang isang workstation; ilang oras bawat senaryo ng kalawang. Mula: 1970 mga maagang computer model ng pitting at electrochemical na kalawang.

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)pinakamababang antas: Mga field

### Pagkristal

Mga molekula o ion sa supersaturated na solusyon na nagkakahanap at nagkakabit sa lumalaking lattice ng kristal, na ginagamit para hulaan kung paano magkikristal ang isang compound.

Tanong na sinasagot nito: Anong hugis at laki ng kristal ang talagang malilikha ng prosesong ito?

Hindi kasama: Ang nucleation, ang pinakaunang pagbuo ng kumpol, ay nangyayari sa sukat at bilis na masyado pang mabilis para direktang obserbahan o ganap na kuwentahin.

Tumatakbo sa: mga 10^13 FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat na-simulate na batch. Mula: 1988 mga maagang kinwentang modelo ng nucleation at paglaki mula sa supersaturated na solusyon.

[Monte Carlo](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-monte-carlo)[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)pinakamababang antas: Mga molekula

### Inhinyeriya ng chemical reactor

Daloy ng likido, paghahalo, init at daan-daang hakbang ng reaksyon sa loob ng industriyal na sisidlan, imodelo nang magkakasama para mahulaan kung gaano karaming produkto ang lalabas.

Tanong na sinasagot nito: Sapat bang bilis maghalo at lumamig ang disenyo ng reaktor na ito para sa malinis at ligtas na reaksiyon?

Hindi kasama: Ang pagpapalaki mula sa maliit na test reactor tungo sa buong industriyal na reactor ay nawawalan pa rin ng katumpakan sa mga paraang itinatama ng mga inhinyero batay sa karanasan.

Tumatakbo sa: mga 10^15 FLOPS magaspang isang cluster ng unibersidad o industriya, mga araw bawat pinag-aralang disenyo. Mula: 1970 mga maagang computational fluid dynamics na modelo ng isang industriyal na chemical reactor.

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)pinakamababang antas: Mga field

### Kinetics ng polymerisation

Maliliit na molekulang nagkakabit nang isang hakbang ng reaksiyon sa bawat pagkakataon tungo sa mahahabang kadena, na sinusubaybayan para hulaan kung gaano kahaba ang aabutin ng mga ito at kung gaano sila magiging pare-pareho.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kahaba ang mga polymer chain, at gaano ito nag-iiba?

Hindi kasama: Karaniwang pinasimple sa iilang average na rate ang mga side reaction na sumasanga o maagang tumatapos ng chain.

Tumatakbo sa: mga 10^12 FLOPS magaspang isang laptop; ilang minuto ang buong batch simulation. Mula: 1968 mga maagang kinwentang kinetic na modelo ng chain-growth na polymerisation.

[Mga prosesong stochastic](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-stochastic)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga molekula

### Pagmomodelo ng fuel-cell membrane at transport

Tubig, proton at gas na gumagalaw sa membrane at electrode ng fuel cell, para hulaan ang performance at kung kailan ito natutuyo o binabaha.

Tanong na sinasagot nito: Paano gumagalaw ang tubig at karga sa isang lamad ng fuel cell?

Hindi kasama: Umaasa ang transportasyon sa lamad sa mga fitted na batas, at mahirap imodelo ang likidong tubig sa mga butas.

Tumatakbo sa: mga 10^10 FLOPS magaspang dalawa- o tatlong-dimensyonal na modelo ng cell, magaan sa isang workstation. Mula: 1991 Ang modelo nina Springer, Zawodzinski at Gottesfeld ng polymer electrolyte fuel cell. [pinagmulan](https://doi.org/10.1149/1.2085971)

[Mga continuum field](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-continuum)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga field

### Pore-network modelling

Isang butas-butas na bato o electrode na pinaliit sa network ng mga butas at lalamunan, kung saan sumasalakay ang likido hakbang por hakbang, para mahulaan ang daloy at capillary na pag-uugali.

Tanong na sinasagot nito: Paano pumupuno at gumagalaw ang likido sa isang porous na materyal?

Hindi kasama: Pinasimple sa mga tubo at sphere ang mga tunay na hugis ng butas.

Tumatakbo sa: mga 10^10 FLOPS magaspang mga network ng hanggang milyun-milyong butas, mura kumpara sa direktang daloy. Mula: 1956 Ang network model ni Fatt ng mga butas-butas na media. [pinagmulan](https://doi.org/10.2118/574-g)

[Mga network model](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-network)[Mga differential equation](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/methods#m-equations)pinakamababang antas: Mga field

[◂ Daigdig at klima](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/earth-climate)[Buhay at medisina ▸](https://simulation-hypothesis.com/fil/simulations/life-medicine)