К вопросу о термодинамических флуктуациях в компьютерных экспериментах
М.В. Кондрина,
Ю.Б. Лебедьб,
Ю.Д. Фомина,
В.В. Бражкина аИнститут физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук, Калужское шоссе 14, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация бИнститут ядерных исследований Российской академии наук, проспект 60-летия Октября 7а, Москва, 117312, Российская Федерация
В работе исследуется два подхода для изучения термодинамических флуктуаций в компьютерных симуляциях, один — основанный на теории, изложенной в учебнике Ландау—Лифшица, которая предполагает самосогласованное решение проблемы, и второй — развитый в работах Lebowitz—Percus—Verlet и др., предназначен для ограниченного класса задач компьютерных симуляций методом классической молекулярной динамики. Исследование флуктуаций в молекулярно-динамической симуляции флюида гелия при комнатной температуре и давлении
2 кбар показывает, что они в разы отличаются, в зависимости от типа ансамбля (NVE или NVT), использованного в вычислениях. Для NVT ансамбля наилучший результат дает подход Ландау—Лифшица, а для микроканонического NVE ансамбля — подход Lebowitz—Percus—Verlet. Вместе с тем, в этой системе в NVT ансамбле было установлено отличие плотности распределения температурных флуктуаций от нормальной. Было показано, что это отличие связано с присутствием т.н. алгоритмических флуктуаций, обусловленных компьютерной реализацией алгоритма вычислений: дискретностью времени, ограниченностью вычислений по времени и т.д. Показана принципиальная возможность согласовать слабую консервативность законов движения частиц, где энергия сохраняется в среднем, с очевидной асимметрией эволюции системы в целом с течением времени.
Ключевые слова: термодинамические флуктуации, молекулярная динамика, объемный модуль, теплоемкость DOI:10.3367/UFNr.2025.05.039902 Цитата: Кондрин М В, Лебедь Ю Б, Фомин Ю Д, Бражкин В В "К вопросу о термодинамических флуктуациях в компьютерных экспериментах" УФН, принята к публикации
Поступила: 17 декабря 2024, доработана: 11 апреля 2025, одобрена в печать: 13 мая 2025