Προσοµοίωση φυσικοχημικών διεργασιών σε µοριακή, µεσοσκοπική και µακροσκοπική κλίμακα

Η αλματώδης ανάπτυξη των δυνατοτήτων των ηλεκτρονικών υπολογιστών έχει σαν άμεση συνέπεια τον εμπλουτισμό της επιστημονικής μεθόδου με το εργαλείο της προσομοίωσης. Η διαδικασία αυτή, της in silico αναπαράστασης της φυσικής πραγματικότητας με βάση τους μέχρι σήμερα γνωστούς φυσικούς νόμους, προσφέρει πολλά στην προσπάθεια κατανόησης της Φύσης. Δύσκολα, ακριβά ή χρονοβόρα πειράματα μπορούν, καταρχήν, να εκτελεστούν και να αναλυθούν από καλά προετοιμασμένες προσομοιώσεις, ενώ οι συνέπειες πολύπλοκων θεωριών μπορούν να ελεγχθούν χωρίς την ανάγκη ισχυρών εξιδανικεύσεων ή/και προσεγγίσεων. Δεν υπάρχει όμως μία διαδικασία η οποία να εφαρμόζεται για την προσομοίωση, αν όχι όλων, τουλάχιστον των συναφών διεργασιών. Εδώ, μεγάλο ρόλο παίζει η χαρακτηριστική κλίμακα χώρου και χρόνου διεργασίας. Στην ομιλία γίνεται προσπάθεια να παρουσιαστεί το γεγονός αυτό μέσω της αναφοράς σε συγκεκριμένες τεχνικές, οι οποίες εφαρμόζονται σε διαφορετικές κλίμακες. Αρχικά, αναφέρονται μέθοδοι οι οποίες, με δεδομένες τις μοριακές αλληλεπιδράσεις, δίνουν ακριβείς προβλέψεις για διάφορες θερμοδυναμικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα, ο συντελεστής διάχυσης, η θερμοχωρητικότητα, το ιξώδες κ.ά. για πληθώρα συστημάτων. Τέτοιες μέθοδοι είναι μία κατηγορία των υπολογισμών Monte Carlo και η μοριακή δυναμική. Αυτές προκαλούν τεχνικές προσομοίωσης σε μοριακό επίπεδο. Στη συνέχεια τη σκυτάλη παίρνουν η μεσοσκοπική και η μακροσκοπική κλίμακα. Σε αυτές τις κλίμακες είναι δυνατόν να μελετηθούν πιο εκτενή συστήματα απ’ ό,τι με τις μοριακές μεθόδους. Κλασικοί αντιπρόσωποι των μεθόδων αυτών είναι οι προσομοιώσεις της υπολογιστικής ρευστομηχανικής, εκ των οποίων επιλέγεται για παρουσίαση η μέθοδος Lattice Boltzmann, μία σύγχρονη και πολλά υποσχόμενη μέθοδος επίλυσης ρευστομηχανικών προβλημάτων.

Τέλος, γίνεται µια συζήτηση για τις πιθανές αστοχίες που µπορεί να προκύψουν, αν το εξαιρετικά χρήσιµο εργαλείο της προσομοίωσης εφαρµοσθεί χωρίς την απαραίτητη κριτική επιστημονική µατιά.