ИСТИНА

При описании эффектов, вызываемых в образцах жидкой воды различными внешними воздействиями (термический или радиационный нагрев, изменение давления, введение посторонних макро- или микрочастиц, в т.ч. насыщение газами и др.) обычно используют макроскопические характеристики среды и динамические параметры потоков и неравновесных процессов. Корректный подбор параметров в соответствующих системах уравнений позволяет воспроизвести экспериментально измеряемые брутто-характеристики образцов и их зависимость от времени, но на дает представления о состоянии вещества и его локальных изменениях на молекулярном уровне. Использование молекулярно динамических расчетов для больших ансамблей молекул позволяет перейти на микроуровень и оценивать интегральные характеристики, сопоставимые с экспериментально измеряемыми физическими величинами, но в основном для равновесных процессов. Однако, основной интерес представляет собой неравновесная стадия динамического процесса, инициированного внешним воздействием, поскольку именно она в существенной степени предопределяет характер последующей динамической эволюции системы. Изучение неравновесных динамических процессов требует использования классической молекулярной динамики в приближении большого канонического ансамбля, причем с потенциалами, которые позволили бы описать, в том числе, ионизационные и диссоциационные процессы. Построение таких потенциалов представляет собой весьма сложную проблему, и в настоящее время надежных конструкций такого рода нет. Единственной альтернативой перечисленным подходам является неэмпирическая молекулярная динамика, в которой потенциал определяется решением квантовой электронной задачи, а потому позволяет описывать любые варианты перераспределения электронной плотности и соответствующей реорганизации системы ядер. Ограничением этого подхода является относительно небольшой молекулярный размер систем, которые можно моделировать, что предопределено большими вычислительными затратами на стадии решения электронной задачи. Однако любой сложный процесс может быть формально подразделен на стадии, часть которых характеризуется существенной локализацией энергии возбуждения, инициирующей кардинальную реорганизацию системы, а остальные – диссипацией энергии при распространении эффекта на прилежащие слои вещества и последующей релаксации системы. Наиболее интересны и значимы именно стадии первого типа. И об их характере можно судить, анализируя динамические траектории, построенные в неэмпирическом приближении. Именно этот подход был применен нами при изучении эффектов, инициируемых в небольших кластерах воды (1) локальным разогревом системы; (2) поглощением энергии возбуждения в различных областях инфракрасного диапазона; (3) объемным сжатием и (4) локальным напряжением, связанным с внедрением инородной частицы, в том числе под давлением. Спектр рассмотренных эффектов важен с точки зрения функционирования любых биологических систем. Получаемые данные позволяют оценивать характерные времена перераспределения энергии между различными степенями свободы; вероятности диссоциационных и ионизационнных процессов; степень локального разогрева системы и ее компонентов в случае распада