Валентин Урбан: aby se napít, známky a extáze Голосов: 1 Адрес блога: http://dubva1.livejournal.com/ Добавлен: 2008-08-04 10:21:30 блограйдером pinker

Наука неосуществимого

2011-11-09 20:46:02 (читать в оригинале)

В физике есть много задач, которые много лет признавали очень необходимыми, но совсем нерешаемыми. К их числу относится и теоретическое пророчество атомной структуры, обеспечивающей кристаллу данные характеристики при определенных наружных критериях.





Химики и
материаловеды обычно решали подобные задачки, синтезируя наудачу огромное количество
кристаллических структур и выбирая из их более подходящие. Эта стратегия
иногда дает хорошие результаты, но просит величавых усилий и многолетних
трудов. Конкретно так в свое время действовал Эдисон, который как-то произнес: «Я не
ошибся 10 тыщ раз, я просто отыскал 10 тыщ путей, которые не
работают». Это способ проб и ошибок в чистом виде. Ясно, что было бы куда лучше
предвещать многообещающие атомные структуры при помощи компьютерных
вычислений.



Конкретно в
этом направлении 6 лет работает Артем Оганов, доктор Института
Стоуни-Брук, совместно с аспирантами Колином Глассом и Чангом Джу и пост-доком
Андреем Ляховым. «Мы решили пользоваться методами, схожими с теми,
которые используются для обсчета эволюционных процессов,– разъясняет
Артем.– В общем виде мысль смотрелась так: берем несколько пробных
кристаллических структур, образованных интересующими нас атомами, и оцениваем
их свободную энергию на компьютере. Потом отбраковываем энергетически
нерентабельные структуры, которым законы термодинамики не оставляют надежды на
выживание. А вот из композиций, владеющих наивысшими шансами на
существование, составляем 1-ое поколение структур-родителей
и при помощи наших алгоритмов на их базе конструируем последующее
поколение. Принципиально, что новое поколение несет внутри себя и наследные черты
протцов, и определенные мутации – по прямой аналогии с живыми организмами».


Это просто
лишь на словах, ведь заблаговременно не понятно, как бросить наследные черты и
как ввести мутационные конфигурации. Группа Артема Оганова билась над этой задачей
целый год и в итоге выдумала идею, которая привела к успеху. «Название
нашей программки, – гласит Артем, – созвучно русскому слову «успех»: USPEX,
Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography («Универсальное
пророчество структуры: эволюционная кристаллография»). В собственном сегодняшнем виде
она позволяет с очень неплохой точностью предвещать термодинамически
устойчивые структуры с требуемыми качествами, содержащие до 40, а иногда даже
до 100–150 атомов».


Эволюционный
метод USPEX оказался очень действенным. Он подменяет механический
перебор мириадов атомных композиций на обсчет тыщ, сотен, а время от времени только
10-ов вариантов. Это полностью реально и при умеренном расходе компьютерного
времени.


Зачем
это необходимо? Возникает возможность получать вещества со строго определенными
качествами и производить автоматический компьютерный дизайн таких материалов,
на что еще не так давно никто и не возлагал надежды.


«Это прикладная наука, но мы можем посодействовать и науке базовой,
гласит Артем Оганов. – Меня со студенческих времен интересует, как ведут себя
вещества в экстремальных критериях – скажем, под действием сверхвысоких
давлений. При таком сжатии связи меж атомами меняются так, что их уже
нельзя осознать при помощи традиционной химии. К примеру, кто бы мог поразмыслить, что
традиционный металл натрий под давлением в 2 млн атмосфер перевоплотится в
диэлектрик рубинового цвета, а при сжатии выше 3 млн атмосфер приобретет
прозрачность незапятнанного стекла? А мы при помощи нашего способа предсказали эту
трансформацию, и опыт ее подтвердил! И причину сейчас мы уже знаем – в
итоге сильного сжатия кристаллической решетки валентные электроны
закрываются в межатомных ловушках и теряют возможность свободно бегать по
всему кристаллу. Мы предсказали также, что в недрах Земли имеются карбонаты
магния и кальция, также железоуглеродистые сплавы – и этот прогноз
опять-таки был доказан в лабораторных экспериментах».