分子力学与动力学
分子力学利用经典力场表示分子，分子动力学则模拟其运动，从而能够模拟远超量子方法所能及的系统。
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Definition
一套利用经典力学和经验势能来模拟分子系统的方法，旨在计算大型原子集合的结构、动力学和热力学性质。
Scope
涵盖分子势能的经典参数化描述（力场）、分子动力学对原子运动的模拟、蒙特卡洛和自由能技术进行的构象采样，以及将量子区域嵌入经典环境的混合量子力学/分子力学方案。重点关注化学和生物分子应用。
Sub-topics
Core questions
- 经验力场如何在不解决电子问题的情况下捕捉分子能量学？
- 如何积分经典运动方程以生成轨迹？
- 如何有效地采样平衡和自由能性质？
- 如何将量子和经典描述结合起来用于反应系统？
Key theories
- 经典力场表示
- 用键、角、扭转和非键相互作用的简单解析项之和取代量子势能面，并通过参数化来重现实验或更高级别的计算结果。
- 统计力学采样
- 通过统计力学将模拟轨迹或蒙特卡洛系综与宏观热力学平均值联系起来，这是计算可观测性质的基础。
Clinical relevance
分子力学和动力学对于研究蛋白质、核酸、膜、聚合物和材料不可或缺，支持药物发现、材料设计以及原子分辨率生物物理实验的解释。
History
分子动力学起源于20世纪50年代至70年代早期的力场和液体模拟工作，生物分子的分子动力学由Karplus、Levitt等人开创；该领域在多尺度建模中的基础作用得到了2013年诺贝尔化学奖的认可，该奖项授予了Karplus、Levitt和Warshel。
Key figures
- Martin Karplus
- Michael Levitt
- Arieh Warshel
- Daan Frenkel
Related topics
Seminal works
- leach2001
- frenkel2002
Frequently asked questions
- 分子力学与量子化学有何不同？
- 分子力学使用固定的经典势能，无法描述键断裂或电子态，但它可以扩展到数百万个原子，而量子方法则以更高的成本明确处理电子。
- 为什么要结合量子和经典描述？
- QM/MM方法以量子力学方式处理化学活性区域，同时以经典方式表示周围环境，从而以可控的成本捕捉酶等大型系统中的反应性。