Novel Approaches to the Structure and Dynamics of Liquids: Experiments, Theories and Simulations

رفتار منحصربه‌فرد "حالت مایع"، همراه با غنای پدیده‌هایی که مشاهده می‌شوند، مایعات را به ویژه برای جامعه علمی جالب می‌کنند. توجه داشته باشید که مهم ترین واکنش ها در سیستم های شیمیایی و بیولوژیکی در محلول ها و محیط های مایع مانند صورت می گیرد. علاوه بر این، مایعات برای کاربردهای صنعتی متعددی مورد استفاده قرار می گیرند. به همین دلایل است که درک خواص آن‌ها در سطح مولکولی بیشترین علاقه را در بسیاری از زمینه‌های علوم و مهندسی دارد. آنچه با قطعیت می توان گفت این است که هم مطالعات تجربی و هم مطالعات نظری در مورد حالت مایع سابقه طولانی و غنی دارند، به طوری که می توان تصور کرد که اساساً این یک مشکل حل شده است. با این حال، باید تاکید کرد که اگرچه برای بیش از یک قرن، تلاش های علمی کلی منجر به پیشرفت قابل توجهی شده است، درک ما از خواص سیستم های مایع هنوز ناقص است و هنوز چیزهای بیشتری برای بررسی وجود دارد. دلیل اصلی این امر، ویژگی «تعداد زیاد» برهمکنش‌های ذرات در مایعات و عدم نظم دوربرد است که در تئوری حالت مایع و تکنیک‌های شبیه‌سازی موجود تعدادی از مشکلات مفهومی و فنی را معرفی می‌کند که نیاز به رویکردهای خاصی دارد. همچنین، بسیاری از فرآیندهای ابتدایی که در مایعات اتفاق می‌افتد، از جمله حرکت‌های انتقالی، چرخشی و ارتعاشی مولکولی (Trans. -Rot. -Vib. coupling)، آرامش ساختاری، اتلاف انرژی و به‌ویژه تغییرات شیمیایی در سیستم‌های راکتیو در سیستم‌های واکنشی مختلف رخ می‌دهند. یا بازه های زمانی بسیار کوتاه.

The unique behavior of the "liquid state", together with the richness of phenomena that are observed, render liquids particularly interesting for the scientific community. Note that the most important reactions in chemical and biological systems take place in solutions and liquid-like environments. Additionally, liquids are utilized for numerous industrial applications. It is for these reasons that the understanding of their properties at the molecular level is of foremost interest in many fields of science and engineering. What can be said with certainty is that both the experimental and theoretical studies of the liquid state have a long and rich history, so that one might suppose this to be essentially a solved problem. It should be emphasized, however, that although, for more than a century, the overall scientific effort has led to a considerable progress, our understanding of the properties of the liquid systems is still incomplete and there is still more to be explored. Basic reason for this is the "many body" character of the particle interactions in liquids and the lack of long-range order, which introduce in liquid state theory and existing simulation techniques a number of conceptual and technical problems that require specific approaches. Also, many of the elementary processes that take place in liquids, including molecular translational, rotational and vibrational motions (Trans. -Rot. -Vib. coupling), structural relaxation, energy dissipation and especially chemical changes in reactive systems occur at different and/or extremely short timescales.