Was ist Molekulardynamik?
Molekulardynamik ist die Untersuchung der Art und Weise, wie sich Atome und Moleküle bewegen. Die direkte Beobachtung dieser Partikel ist nicht immer möglich, daher untersuchen Wissenschaftler die Moleküldynamik mithilfe mathematischer Formeln. Diese Formeln sind in Computer programmiert, mit denen Wissenschaftler die Bewegung verschiedener Atome und Moleküle simulieren können. Reale Teilchen werden für die Untersuchung der Molekulardynamik jedoch nicht verwendet. Die Ergebnisse der Simulationen werden als ziemlich genau angesehen.
Das Studium der Molekulardynamik ist eine Art virtuelles Experiment. Durch die Untersuchung des Verhaltens virtueller Moleküle können Wissenschaftler Vorhersagen über das Verhalten realer Moleküle treffen. Obwohl keine echten Moleküle verwendet werden, werden die Ergebnisse dieser simulierten Experimente als genau angesehen. Durch Anpassen bestimmter Parameter in den Gleichungen werden die Experimente präziser.
Simulationen der Molekulardynamik werden verwendet, um die Bewegung von Partikeln virtuell zu beobachten. In einem Labor ist es nicht immer möglich oder praktisch, tatsächliche Beobachtungen der molekularen Bewegung vorzunehmen, daher werden stattdessen mathematische Simulationen und Computermodelle verwendet. Der Vorteil dieser Art von Experimenten besteht darin, dass Bewegungen über einen längeren Zeitraum beobachtet werden können, dass sie aus größerer Nähe beobachtet werden können und dass Bedingungen wie extremer Druck oder extreme Temperaturen, die im Labor nicht praktikabel sind, auftreten können simuliert.
Computer können die Bewegung von Atomen und Molekülen visuell darstellen, indem sie mathematische Gleichungen lösen. Die Gleichungen basieren auf Newtons Gesetzen und können die Bewegung der meisten Atome und Moleküle genau vorhersagen. Simulationsprogramme verwenden die Gleichungen, um die auf die Teilchen einwirkenden Kräfte und die Bewegung der Atome im dreidimensionalen Raum darzustellen. Mit diesen Formeln kann auch die Bewegung eines Atoms oder Moleküls über die Zeit verfolgt werden.
Molekulardynamik kann auch verwendet werden, um die Beziehungen zwischen Atomen und Molekülen zu beobachten. Die Simulationsprogramme verfolgen die gebildeten und gebrochenen Molekülbindungen und passen die Gleichungen entsprechend an. Obwohl die verwendeten Gleichungen auf Newtons Bewegungsgesetzen basieren, können sie in den meisten Fällen auf die Bewegung sehr kleiner Teilchen angewendet werden. Gelegentlich müssen die Gesetze, die die Bewegung von Quantenteilchen regeln, in den molekulardynamischen Gleichungen verwendet werden, um die Teilchenbewegung korrekt zu beschreiben.