Физики показали, когда на самом деле наступает равновесие в несмешивающихся жидкостях
Исследователи из Центра вычислительной физики МФТИ разработали автоматический метод, который позволит объективно определять момент, когда система действительно достигает равновесия в молекулярно-динамической симуляции. Вместо привычного «на глаз»-анализа они предложили точный и воспроизводимый подход, критически важный для надежного моделирования сложных молекулярных систем.
Определение точки равновесия в молекулярно-динамических симуляциях по границе двух несмешивающихся жидкостей, находящихся внутри узких нанопор,— одна из ключевых задач современной вычислительной физики. В таких системах, например углеводород—вода—кальцит в нанопоре, разные параметры — контактный угол, толщина смачивающего слоя и распределение плотности внутри капли — приходят к равновесию на разных временных шкалах. Поэтому видимая стабилизация формы капли не означает, что вся система находится в равновесии. Это приводит к ошибкам при усреднении данных и неверным выводам о смачиваемости, что критично для моделирования процессов добычи нефти.
«У нас периодически возникает потребность в проведении большого количества молекулярно-динамических расчетов. Необходимо как-то определять точку выхода на равновесие того или иного физического параметра системы для повышения качества данных», — объяснил Тимур Гуськов, младший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ, аспирант кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ.
Авторы впервые применили современный алгоритм автоматического усечения данных на основе статистического метода к интерфейсам (граница между жидкостями) жидкость—жидкость в нанопоре кальцита, на примере чистый н-декан, чистый бензол и их смесь. Для прямой проверки плотности внутри капли они разработали новый дескриптор MF — математический показатель, характеризующий профиль плотности капли. Он не привязан к геометрии интерфейса, что позволяет отслеживать равновесие отдельных компонент даже в смесях. Статья опубликована в журнале Molecular Simulation.
Расчеты показали, что в системах углеводород—вода—кальцит контактный угол и макроскопическая форма капли стабилизируются в 10–200 раз быстрее, чем ее внутренняя структура. Перераспределение молекул углеводородов внутри капли может продолжаться еще десятки наносекунд после того, как форма капли уже «замерла».
Также они обнаружили, что при слабом усреднении метод PANDA-NN (автоматический расчет контактного угла по плотностным профилям) систематически завышает угол до +4,7°. Поэтому ученые предложили практический протокол: сначала определять момент равновесия при малом усреднении, а затем пересчитывать угол при большем усреднении. Это устраняет систематическую ошибку и повышает точность расчета.
«Плотность устаканивается дольше, чем форма интерфейса. То есть для понимания структуры капли необходимо моделировать систему несколько дольше, чем для обычных расчетов контактных углов. В особенности это важно для систем, в которых диффузия и адсорбция происходят медленно», — подчеркнул Илья Копаничук, старший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
Предложенный подход делает результаты молекулярного моделирования надежными и воспроизводимыми. Он особенно востребован в нефтедобыче (карбонатные коллекторы), хранении CO₂, разработке мембран и наноматериалов.
«Впоследствии мы планируем изучать динамические свойства ограниченных интерфейсов, а также влияние шероховатости поверхностей на их смачиваемость. В этом нам помогут проработанные в данном исследовании подходы, которые уже активно внедряются в наши расчеты», — поделился Николай Кондратюк, исполнительный директор Центра вычислительной физики МФТИ.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда [грант номер 25-13-00313].
Telegram 
Дзен 
VK Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
В Швеции разработали экспериментальный препарат против диабета и ожирения, который не только не подавляет аппетит, но и позволяет сохранить мышечную массу. В отличие от аналогов, он заставляет организм сжигать жир за счет стимуляции мышц, а не действия на мозг.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно