내부 모습: 분자 동역학

상자에서는 분자 동역학이 실행돼. 작은 시간 간격마다 모든 원자에 뉴턴의 법칙을 적용하지.

U(r) = 4ε [ (σ/r)¹² − (σ/r)⁶ ]

r⁻¹² 항은 가파른 벽이야(원자들이 서로 겹칠 수 없어). r⁻⁶ 항은 약한 반데르발스 인력이야. 최솟값은 r = 2^(1/6) σ ≈ 1.12 σ에 있고, 깊이는 ε야. ε/k_B ≈ 120 K이고 σ ≈ 0.34 nm이면 아르곤을 잘 설명할 수 있어.

각 단계에서는 속도 베를레 알고리즘을 사용해. 힘을 이용해 속도를 절반만큼 먼저 바꾸고, 원자를 움직인 다음, 힘을 다시 계산하고, 속도를 다시 절반만큼 바꿔. 이 방법은 긴 시뮬레이션에서도 에너지를 아주 잘 보존하기 때문에 거의 모든 분자동역학 프로그램에서 사용해. 온도 조절기는 목표 온도를 유지하도록 속도를 부드럽게 다시 조절해.

방사형 분포 함수 g(r)는 이런 질문에 답해 줘. 한 원자 위에 서 있다고 할 때, 균일한 기체에서보다 거리 r에 다른 원자를 발견할 가능성이 얼마나 더 높을까? 결정에서는 격자 거리마다 뾰족한 최댓값이 나타나고, 액체에서는 하나의 강한 최댓값과 점점 약해지는 몇 개의 물결 모양이 나타난 뒤 1이 돼. 기체에서는 벽을 벗어나면 어디서나 1에 가까워.