Técnica numérica que propaga posiciones e impulsos de partículas interactivas integrando ecuaciones de movimiento (clásicas o ab initio) para representar la evolución temporal de sistemas de muchos cuerpos y muestrear propiedades dinámicas y termodinámicas.

Principio

Evolucionar el sistema integrando fuerzas newtonianas o derivadas de la electrónica con pasos de tiempo discretos; las interacciones microscópicas generan comportamiento temporal y estadístico emergente; cantidades conservadas y termostatos mantienen condiciones de ensemble.

Demostración

Simular un fluido de Lennard-Jones a energía constante para observar la equipartición y calcular coeficientes de transporte; o ejecutar dinámica molecular ab initio con fuerzas obtenidas de cálculos electrónicos en cada paso para estudiar la ruptura de enlaces.

Aplicación incorrecta

Usar dinámica molecular clásica para predecir procesos dominados por transiciones no adiabáticas electrónicas o por tunelamiento nuclear cuántico sin correcciones, o asumir que las trayectorias MD son realizaciones únicas en lugar de muestras de un ensemble.

Consecuencia

Proporciona trayectorias temporales, funciones de correlación y estimados de promedios termodinámicos y coeficientes de transporte en las escalas de tiempo y longitud accesibles; permite probar hipótesis sobre mecanismos microscópicos.

Inversión

Sustituir la integración temporal explícita por muestreo Monte Carlo del espacio de configuraciones (sin dinámica) o por ecuaciones continuas deterministas (hidrodinámica) que pierden detalle atomístico.

Límite

Válido cuando las fuerzas interatómicas y escalas temporales están adecuadamente modeladas; limitado por aproximaciones del campo de fuerzas, efectos de corte y tamaño finito, y por el tiempo de simulación alcanzable (típicamente nano–microsegundos en MD clásica; mucho menor en MD ab initio); siguen existiendo incertidumbres para eventos raros y fuertes efectos cuánticos.

Tensión semántica

Tensión entre MD clásica (eficiente, fuerzas empíricas) y MD ab initio (fuerzas precisas, costosas), y entre las trayectorias deterministas de MD y su interpretación estadística de ensemble.

Síntesis

La simulación de dinámica molecular es la realización computacional de la evolución temporal en muchos cuerpos: integrar fuerzas para generar trayectorias compatibles con el ensemble que conectan interacciones microscópicas con propiedades dinámicas y termodinámicas observables, dentro de los límites de los modelos de fuerza y las escalas accesibles.