Больцмановская статистическая механика описывает поведение совокупности частиц, каждая из которых подчиняется ньютоновским законам движения (как говорят, представляет собой твердый бильярдный шар). Случайность движения молекул идеального газа – результат только нашего незнания параметров этого движения: если бы мы, как Лапласов демон, знали координаты и скорости всех индивидуальных молекул в начальный момент времени и обладали достаточными вычислительными мощностями, мы могли бы рассчитать координаты и скорости всех молекул в любой другой момент времени. А вот распад радиоактивного атомного ядра – процесс случайный в другом смысле: никакое знание его начального состояния не поможет нам определить тот момент времени, когда оно распадется – то есть, это фундаментальная случайность квантового мира.
Меня сбивает с толку то, что эта разница случайностей относится только к нашим моделям физических процессов, а не к ним самим. Соответственно, я теряюсь, когда пытаюсь определить, какого рода случайностью является та или иная физическая случайность, не входящая в хрестоматийный набор примеров. Вот, например, ионные каналы в клеточных мембранах: они постоянно открываются и закрываются, случайно переходя из одного состояния в другое. Что же, это случайность от нашего незнания или принципиальная квантовая? Похоже, это вопрос не такой уж детский: большинство исследователей трактуют эту случайность как больцмановскую, но есть и такие, кто разрабатывает квантово-механическoе описание.
При моделировании структуры макромолекул и симуляции молекулярной динамики стандартный подход, позволяющий сэкономить время – гибридный: квантовую механику, требующую длительных вычислений, используют для моделирования самого важного участка молекулы (например, реакционного центра фермента), а классическую – для остальных ее частей. Вот, например, как выглядит созданная нашими коллегами-физиками симуляция проникновения иона калия через светозависимый калийный канал, который мы изучаем.
Большой синий ион калия диффундирует через пору светозависимого калийного канала под действием приложенного электрохимического потенциала (плюс – внизу, минус – наверху). Маленькие оранжевые шарики – молекулы воды; белые спирали представляют скелет полипептидной цепи канала; показаны также боковые цепи некоторых аминокислотных остатков, участвующих в обратимом связывании иона калия, и ретинальный хромофор; липиды бислоя, куда встроена молекула канала, не показаны, но были включены в симуляцию (иллюстрация из статьи Morizumi с соавт. 2025)
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
egovoru
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2025-06-26 05:44 pm (UTC)Есть распределение Максвелла-Больцмана для идеального газа в потенциальном поле (например, в поле тяготения), которое можно использовать, например, для приблизительного моделирования атмосферы Земли.
А есть общий случай, распределение Больцмана (Гиббса), описывающая термодинамическое равновесие вообще говоря произвольной системы с известным количеством степеней свободы, которое можно построить как для "классических" систем с непренывным энергетическим спектром, так и для квантовых с дискретным. Распределение Максвелла-Больцмана его частный случай. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0
no subject
Date: 2025-06-26 05:49 pm (UTC)