Термостат с двухвременной конкурентной динамикой термостатирования

Abstract

С целью исследовать методом математического моделирования неравновесное динамическое поведение макромолекул в реалистичных условиях часто используются детерминированные термостаты. В частности, детерминированная (не стохастическая) Nosé-Hoover (NH) динамика. Понимая такой механизм термостатирования как детерминированную имитацию представительной выборочной реализации траектории динамической системы, взаимодействующей с тепловым резервуаром, мы собираем и исследуем детерминированный термостат с двумя конкурирующими шкалами времени. Эти шкалы в тесной аналогии с парадигмой неравновесной статистической физики относятся к релаксационным процессам в импульсном и конфигурационном пространствах. Доказано теоретически и проверено численным симулированием, что дополнительная шкала времени, связанная с изменениями в конфигурационном пространстве, − эффективный контрольный параметр, который помогает сопоставить результат симулирования с известными особенностями неравновесного динамического поведения. Разумно ожидать, что предложенный термостат подходит для моделирования специфических процессов медленной конформационной динамики протеинов и нуклеиновых кислот. Проанализирована возможность гамильтоновой реформулировки термостатирующей динамики.

Determinate thermostats are frequently used to investigate the nonequilibrium dynamic behavior of macromolecules in real conditions by using the mathematical modelling method. In particular, the determinate (nonstochastic) Nosé−Hoover (NH) dynamics. Taking such thermostatting mechanism for a determinate imitation of the representative selective realization of trajectory of a dynamic-system interacting with a thermal reservoir, we construct and investigate a determinate thermostat with two competing time scales. The scales, in close analogy with the paradigm of nonequilibrium statistical physics, refer to relaxation processes in pulsed and configurational spaces. It has been proved theoretically and checked by numerical simulation that the additional time scale related with changes in configurational space is an effective control parameter which helps in comparing the simulation result with the known features of nonequilibrium dynamic behavior. It is reasonable to expect that the proposed thermostat is suitable for the modelling of specific processes of slow conformational dynamics of proteins and nucleic acids. A possibility of the Hamiltonian reformulation of thermostatting dynamics has been analysed.