Molekulardynamik

Mit der sog. Molekulardynamik kann man nicht nur Moleküle wie z.B. das Helimatom simulieren, sondern ganz allgemeine $N$-Teilchen-Systeme wie Gase, Flüssigkeiten, Membranen oder Schüttgüter.

Ein weiteres großes Gebiet der numerischen Physik ist die Molekulardynamik: eine Menge von Teilchen wird für eine bestimmte Zeit mit allen auf sie wirkenden Kräften simuliert. Dies ist ein typisches $N$-Körper-Problem. Dabei kann eine riesige Anzahl an Gleichungen auftreten, die alle berechnet werden müssen. Im November 1997 wurde durch den Zusammenschluß von zwei Supercomputern eine Molekularsimulation mit über einer Milliarde ($10^9$) Punkte eines Kristallgitters durchgeführt. Allerdings besitzt ein Kubikzentimeter Materie ungefähr $10^{22}$ Moleküle, also einen Faktor $10^{13}$ mehr. Man könnte also nur $1/10^{13}$cm$^3$ simulieren.

In der Praxis ist es sowieso nur üblich bis zu $10^6$ Teilchen zu simulieren. Weiterhin muß man wegen der großen auftretenen Kräfte die Zeitintervalle $\Delta t$ sehr klein wählen, üblicherweise in der Größenordnung von $10^{-12}$s$=1$ps. Bei normalerweise $10^6$ Iterationen kommt man dann auf eine Zeit von $1\mu$s. Wegen dieser Einschränkungen werden nur kleine und kurze Vorgänge auf diese Weise simuliert wie Bruchspitzen, Schmelzen und Erstarren von Materie oder ``head-crash'', dem Aufprall des Lese-/Schreibkopfes auf die Magnetscheibe einer Festplatte.