2.6. Заключение к гЛаве 2. Состояние вопроса

Глядя на мир, нельзя не удивляться.

Козьма Прутков

Материалы главы наглядно подтверждают эвристическую ценность предлагаемой модели. Этот подход позволяет предвидеть результаты моделирования и, соответственно, планировать и ставить компьютерные эксперименты, которые дают нетривиальные, интересные результаты, неожиданные, даже “парадоксальные” или “абсурдные”

с традиционной точки зрения. Моделирование вполне подтверждает основное положение, высказанное первоначально на основе аналитических оценок, - отсутствие в модели затвердевания. Подтверждается, например, что модель стекла, в отличие от реальных стекол, абсолютно неустойчива, и упорядочивается за несколько сотен или тысяч шагов при температурах около абсолютного нуля.

Выявляются искажения и деформации, та "поразительная слепота", которая проявляется в трактовке данных компьютерного моделирования кинетических свойств реальной жидкости и твердого тела. Действительно, физическая сторона вопроса вполне ясна. Все определения кинетических коэффициентов или времени процессов в компьютерной модели дают "жидкостные" значения кинетических свойств, которые отличаются от "твердотельных" на 5, 10, 20 порядков величины и более. В этом нетрудно убедиться с помощью обычного компьютера. Множество компьютерных экспериментов исследователей разных стран вполне однозначно указывают на “жидкостное” поведение модели ниже Т_пл, и нет ни одного убедительного свидетельства “твердотельного” поведения. Ни одно определение не дало “затвердевание” хотя бы до консистенции глицерина при комнатной температуре. Тем не менее, 20 лет дискуссий по затвердеванию мало приблизили к согласию (как и 40 лет дискуссий по “полиморфным превращениям” в жидкости или по микронеоднородности эвтектических расплавов и др.).

В модели характерное время релаксации механических напряжений или вязкого течения, диффузии, электропереноса, кристаллизации-упорядочения, а также расслоения, спекания, упорядочения по сорту и других процессов составляет (10^-13 - 10^-10) с; оно примерно соответствует, по порядку величины, периоду теплового колебания атома, что естественно для безактивационных процессов. У реальных веществ характерное время перечисленных процессов соответствует наблюдаемому в модели лишь при температурах перегретой простой жидкости или плотного газа.

Принципиальное различие модели и действительности проявляется при переходе к более низкотемпературным состояниям. В модели нет затвердевания, и характерное время процессов, вплоть до температур около абсолютного нуля, остается порядка периода тепловых колебаний. У реальных веществ в результате стеклования или кристаллизации жидкости время релаксации напряжений возрастает уже до макроскопических величин, например, до 1 минуты. При дальнейшем охлаждении время релаксации напряжений, кристаллизации и др. быстро возрастает, достигает величины порядка 1 года при температурах около Т_пл/4, а затем выходит из пределов измерения; стекла здесь практически не кристаллизуются, напряжения в них и в кристаллах не релаксируют и др.; все рассматриваемые кинетические процессы практически не идут. Расхождение модели и действительности по времени процессов здесь превышает 20 порядков величины (время более одного года в действительности и время порядка периода атомного колебания в модели).

Но при прямом моделировании процессов в твердом состоянии они успевают пройти за время компьютерного эксперимента, составляющее обычно 10 - 100, редко 1000 периодов колебания; само компьютерное моделирование таких кинетических процессов удается провести лишь потому, что модель не соответствует действительности. Реальные процессы в твердых телах слишком медленны, требуют большого времени, намного превышающего возможности компьютерных экспериментов. Уже тот факт, что в моделировании твердых тел сложились и получили распространение данные методики, в принципе пригодные лишь для простой жидкости или плотного газа, - уже этот факт вполне однозначно указывает, что в модели нет затвердевания и не однозначно указывают на “жидкостное” поведение модели ниже Т_пл, и нет ни одного убедительного свидетельства “твердотельного” поведения. Ни одно определение не дало “затвердевание” хотя бы до консистенции глицерина при комнатной температуре. Тем не менее, 20 лет дискуссий по затвердеванию мало приблизили к согласию (как и 40 лет дискуссий по “полиморфным превращениям” в жидкости или по микронеоднородности эвтектических расплавов и др.).

В модели характерное время релаксации механических напряжений или вязкого течения, диффузии, электропереноса, кристаллизации-упорядочения, а также расслоения, спекания, упорядочения по сорту и других процессов составляет (10^-13 - 10^-10) с; оно примерно соответствует, по порядку величины, периоду теплового колебания атома, что естественно для безактивационных процессов. У реальных веществ характерное время перечисленных процессов соответствует наблюдаемому в модели лишь при температурах перегретой простой жидкости или плотного газа.

Принципиальное различие модели и действительности проявляется при переходе к более низкотемпературным состояниям. В модели нет затвердевания, и характерное время процессов, вплоть до температур около абсолютного нуля, остается порядка периода тепловых колебаний. У реальных веществ в результате стеклования или кристаллизации жидкости время релаксации напряжений возрастает уже до макроскопических величин, например, до 1 минуты. При дальнейшем охлаждении время релаксации напряжений, кристаллизации и др. быстро возрастает, достигает величины порядка 1 года при температурах около Т_пл/4, а затем выходит из пределов измерения; стекла здесь практически не кристаллизуются, напряжения в них и в кристаллах не релаксируют и др.; все рассматриваемые кинетические процессы практически не идут. Расхождение модели и действительности по времени процессов здесь превышает 20 порядков величины (время более одного года в действительности и время порядка периода атомного колебания в модели).

Но при прямом моделировании процессов в твердом состоянии они успевают пройти за время компьютерного эксперимента, составляющее обычно 10 - 100, редко 1000 периодов колебания; само компьютерное моделирование таких кинетических процессов удается провести лишь потому, что модель не соответствует действительности. Реальные процессы в твердых телах слишком медленны, требуют большого времени, намного превышающего возможности компьютерных экспериментов. Уже тот факт, что в моделировании твердых тел сложились и получили распространение данные методики, в принципе пригодные лишь для простой жидкости или плотного газа, - уже этот факт вполне однозначно указывает, что в модели нет затвердевания и твердого тела.

Обычно исследования с традиционной моделью выполняются в убеждении, что она не только передаёт основные параметры затвердевания, но и тонкие особенности изменений, например, пластичности, прочности, деформируемости при легировании и обработке, особенности пластического и хрупкого разрушения, жаропрочности и др. Выполняются компьютерные эксперименты с целью предшествующего расчёта свойств при создании материалов с особыми заранее заданными механическими свойствами, для расчёта изменения свойств при радиационных повреждениях кристаллов и др. Если же проявляются те расхождения модели с действительностью, которые представляют для нас основную ценность, то считается обычно, что моделирование почему-то не удалось, и результат бракуется.

Хотя это трудно представить, тем не менее это факт: мы настолько верим в традиционную модель, что можем обсуждать, например, спекание сверхтвёрдых материалов, или моделирование прочности алмазов по данным атомарной компьютерной модели и др., не замечая, что в нашей модели не сверхпрочные кристаллы, а “вещество”, более жидкотекучее и менее вязкое, чем вода, практически плотный газ. Нас не удивляет тот факт, что моделирование твердого металла около абсолютного нуля (5К) дает вязкость примерно такую же, как у воды. Нам удаётся увидеть в модели стекла удовлетворительное согласие с действительностью и не заметить, что “вещество” в модели не только не твердое, но абсолютно неустойчиво, что некоторое удлинение компьютерного эксперимента (например, до времени 100 - 1000 периодов колебания) приведёт к переходу его в кристаллическое состояние. Нам удаётся даже “увидеть” у этого плотного газа в модели и хрупкое разрушение, и распространение трещины при таком разрушении, и многие другие особенности твердых материалов; удается объяснить особенностями парных потенциалов множество характеристик твердых веществ.

Здесь ярко проявляются психологические защитные механизмы, предохраняющие устоявшуюся идеологию от болезненной ломки, от “кризиса” (глава 1), а также “всегда присущая забота <теории> доказать справедливость своего основного постулата” [61], в данном случае - доказать справедливость традиционной модели.

В целом рассмотренные данные отчетливо показывают те искажения и деформации в трактовке результатов компьютерного моделирования, к которым приводит приверженность к традиционной идеологии, и возможности устранения этих искажений на основе предлагаемой молекулярной модели.