基本原理篇
第1章 体系的经典力学描述
“我庄严地要你回答、宣誓,是否能使你用真诚的良心承担如下的许诺和保证:你将勇敢地去捍卫真正的科学,将其开拓,为之添彩;既不为厚禄所驱,亦不为虚名所赶,只求上帝真理的神辉普照大地、发扬光大。”
——1884年Konigsberg大学校长为D.Hilbert(1862~1943,20世纪*有影响的数学家)获得PhD学位时宣读的宣誓词
计算化学是理论化学的执行者和延伸。由此,一开始就必须在严密科学的框架中予以介绍,使读者领略现代化学理论的严谨、缜密,对基于演绎法的形式理论在化学学科中的重要性有个全新的认识。此外,非如此严谨不足以使习惯于归纳法的人们相信,计算也能与实验一样发现新的科学现象。
鉴于本书读者已经具备热力学、量子力学、统计力学的基础,而可能对经典力学的严密形式反而认识淡薄。所以本章比较详细地介绍经典力学对体系状态演化规律的描述。事实上,经典力学的形式理论恰恰对于分子动力学模拟方法的**发展具有决定性的推动作用。而分子动力学模拟又是计算化学中的主要模拟手段之一。过去的二十多年来,人们本能地强调模拟方法的应用,忽视形式理论的作用,因而曾经一度走了弯路,延缓了科学的发展。所以本章从描述体系的基本概念着手,接着介绍经典力学的理论框架。
1.1 基本概念
化学这门学科,从研究对象上说是研究从宏观到分子、原子层次物质世界的学科,也可以称为“分子科学”。为了叙述这门学科,先要明确以下基本概念。
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