簡(jiǎn)介播報(bào)
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理論物理亦稱(chēng)采用物理方式來(lái)敘述物理問(wèn)題，而估算物理作為理論物理的一個(gè)分支，常特指這些可以用筆記本程序?qū)崿F(xiàn)的物理方式。估算物理并不追求完美無(wú)缺或則分毫不差，由于只有極少的物理體系可以進(jìn)行精確估算。不過(guò)，幾乎所有種類(lèi)的物理問(wèn)題都可以而且早已采用近似的算法來(lái)敘述。
理論上講，對(duì)任何分子都可以采用相當(dāng)精確的理論技巧進(jìn)行估算。好多估算軟件中也早已包括了這種精確的方式，但因?yàn)檫@種方式的估算量隨電子數(shù)的降低成指數(shù)或更快的速率下降，所以她們只能應(yīng)用于很小的分子。對(duì)更大的體系，常常須要采取其他一些更大程度近似的方式，以在估算量和結(jié)果的精確度之間尋求平衡。
估算物理主要應(yīng)用已有的筆記本程序和方式對(duì)特定的物理問(wèn)題進(jìn)行研究。而算法和筆記本程序的開(kāi)發(fā)則由理論物理家和理論化學(xué)學(xué)家完成。估算物理在研究原子和分子性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)途徑等問(wèn)題時(shí)，常著重于解決以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：
估算物理的子學(xué)科主要包括：
2013年因“為復(fù)雜物理系統(tǒng)創(chuàng)造了多尺度模型”，馬丁·卡普拉斯、邁可·列維特和阿里耶·瓦舍爾一齊獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。
第一原理方式播報(bào)
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第一原理方式（ab），亦稱(chēng)為全始算，常指基于量子熱學(xué)理論的，完全由理論推論而得，不做任何的假定和任何經(jīng)驗(yàn)值的帶入，所以是較為精密的估算方式，因?yàn)椴皇褂没?a href='http://www.njxqhms.com/jiaoyou/106713.html' title='哈六中新高一各學(xué)科教師進(jìn)行學(xué)科適應(yīng)指導(dǎo)' target='_blank'>數(shù)學(xué)常數(shù)和原子量以外的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、以及經(jīng)驗(yàn)或則半經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的求解薛定諤多項(xiàng)式的方式。大多數(shù)情況下這種第一原理方式包括一定的近似，而這種近似常由基本物理推論形成，比如換用更簡(jiǎn)單的函數(shù)方式或采用近似的積分方式。[2]
大多數(shù)第一原理方式使用克拉科夫-奧本海默近似，將電子運(yùn)動(dòng)和原子核運(yùn)動(dòng)分離以簡(jiǎn)化薛定諤多項(xiàng)式。估算常常分電子結(jié)構(gòu)估算和物理動(dòng)力學(xué)估算兩個(gè)步驟進(jìn)行：
電子結(jié)構(gòu)
電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)求解定態(tài)薛定諤多項(xiàng)式（也成為不含時(shí)薛定諤多項(xiàng)式）得到。求解過(guò)程常使用原子軌道線(xiàn)性組合（LCAO）得到的基組來(lái)進(jìn)行近似。通過(guò)這些近似，薛定諤多項(xiàng)式可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)"簡(jiǎn)單"的電子伊寧頓量的本征值多項(xiàng)式。該多項(xiàng)式的解為離散集。解得的本征值是分子結(jié)構(gòu)的函數(shù)。這些對(duì)應(yīng)關(guān)系稱(chēng)為勢(shì)能面。
-Fock是最常見(jiàn)的一種第一原理電子結(jié)構(gòu)估算。在-Fock近似中，每位電子在其余電子的平均勢(shì)中運(yùn)動(dòng)，并且不曉得這種電子的位置。當(dāng)電子離得很近時(shí)，雖然是用平均方式考慮電子間的庫(kù)侖互相作用，電子也不能互相避免，因而在-Fock中低估了電子抵觸。-Fock多項(xiàng)式需采用變分法求解，所得的近似能量永遠(yuǎn)等于或低于真實(shí)能量，隨著基函數(shù)的降低，-Fock能量無(wú)限趨近于-Fock極限能。
好多方式先進(jìn)行-Fock估算，此后對(duì)電子的瞬時(shí)相關(guān)對(duì)此進(jìn)行修正。相應(yīng)能量的增加稱(chēng)為電子相關(guān)能。這種方式稱(chēng)為后-Fock方式物理學(xué)學(xué)科分類(lèi)，包括多體微擾理論、耦合簇理論（）等。
量子蒙特卡羅（QMC）是另外一種解決電子相關(guān)問(wèn)題的方式。在量子蒙特卡羅中，體系的能級(jí)波函數(shù)顯式地寫(xiě)成關(guān)聯(lián)的波函數(shù)，也就是說(shuō)波函數(shù)是電子--電子之寬度離的顯式函數(shù)。量子蒙特卡羅采用蒙地卡羅方式對(duì)積分進(jìn)行數(shù)值解析。量子蒙特卡羅估算特別歷時(shí)，但卻可能是目前精確度最高的第一原理方式。
密度泛函理論（DFT）的許多常用泛函均包含由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而至的參數(shù)。但在解決分子的電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)也常將密度泛函理論被當(dāng)作第一原理方式。密度泛函理論使用電子密度而不是波函數(shù)來(lái)敘述體系能量。在DFT估算中，伊寧頓量的一項(xiàng)物理學(xué)學(xué)科分類(lèi)，交換-相關(guān)泛函，采用近似方式。
當(dāng)采取的近似足夠小的時(shí)侯，第一原理電子結(jié)構(gòu)方式的結(jié)果可以無(wú)限趨近確切值。并且，與真實(shí)值的誤差常常并不隨近似的降低而單調(diào)遞減，有時(shí)最簡(jiǎn)單的估算反倒會(huì)有更確切的結(jié)果。第一原理估算的主要缺點(diǎn)是運(yùn)算量巨大，常常須要大量的估算時(shí)間、內(nèi)存和c盤(pán)空間。HF方式的估算量隨體系的減小以N下降（N是基函數(shù)的數(shù)量）–計(jì)算兩倍大的體系須要16倍的時(shí)間–電子相關(guān)技巧的下降速率更快（DFT估算大概以N下降，相比之下是效率最高的電子相關(guān)技巧）。
估算物理方式也可以拿來(lái)解決固體化學(xué)的問(wèn)題。晶體的電子結(jié)構(gòu)一般用能帶結(jié)構(gòu)來(lái)表示。第一原理和半經(jīng)驗(yàn)方式得到的軌道能量可以進(jìn)一步應(yīng)用于能帶結(jié)構(gòu)的估算當(dāng)中。
第一原理電子結(jié)構(gòu)方式的常可分為：
物理動(dòng)力學(xué)
在玻恩-奧本海默近似下對(duì)原子核座標(biāo)變量與電子變量進(jìn)行分離后，與核自由度相關(guān)的波包通過(guò)與含時(shí)薛定諤多項(xiàng)式全伊寧頓量相關(guān)的演進(jìn)算符進(jìn)行傳播。而在以能量本征態(tài)為基礎(chǔ)的另一套方式中，含時(shí)薛定諤多項(xiàng)式則通過(guò)散射理論進(jìn)行求解。原子間互相作用勢(shì)由勢(shì)能面描述，通常情況下，勢(shì)能面之間通過(guò)震動(dòng)耦合項(xiàng)互相耦合。
用于求解波包在分子中的傳播的主要方式包括
分子動(dòng)力學(xué)使用牛頓運(yùn)動(dòng)定理研究系統(tǒng)的含時(shí)特點(diǎn)，包括震動(dòng)或布朗運(yùn)動(dòng)。大部份情況常常加入一些精典熱學(xué)的描述。分子動(dòng)力學(xué)與密度泛函理論的結(jié)合叫做Car-方式。
半經(jīng)驗(yàn)方式播報(bào)
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電子結(jié)構(gòu)
半經(jīng)驗(yàn)方式省略或近似處理了-Fock估算中的一些項(xiàng)（比如雙電子積分）。為了修正這種近似方式帶來(lái)的偏差，半經(jīng)驗(yàn)方式估算使用了一系列由實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合的參數(shù)。有時(shí)，這種參數(shù)是依據(jù)第一原理估算結(jié)果進(jìn)行擬合的。
經(jīng)驗(yàn)方式是對(duì)半經(jīng)驗(yàn)方式的進(jìn)一步近似。經(jīng)驗(yàn)方式并沒(méi)有包括伊寧頓量的雙電子部份。精典方式包括埃里克·休克爾提出的應(yīng)用于π電子體系的方式和Roald·霍夫曼提出的擴(kuò)充方式。
半經(jīng)驗(yàn)估算比第一原理估算快好多。并且假如估算的分子與參數(shù)化該方式時(shí)使用的分子結(jié)構(gòu)不相仿時(shí)，半經(jīng)驗(yàn)方式可能給出完全錯(cuò)誤的結(jié)果。
半經(jīng)驗(yàn)方式在有機(jī)物理領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，由于有機(jī)分子的大小適中并主要由少數(shù)幾種原子構(gòu)成。
與經(jīng)驗(yàn)方式類(lèi)似，半經(jīng)驗(yàn)方式也可分為兩大類(lèi)：
目前大部份的方式屬于第二類(lèi)半經(jīng)驗(yàn)方式。
分子熱學(xué)方式播報(bào)
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好多情況下，對(duì)大分子體系的處理可以完全避開(kāi)使用量子物理估算。分子熱學(xué)模擬使用古典熱學(xué)模型（比如諧振子）描述化合物的能量。分子熱學(xué)模型的所有常數(shù)均通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或第一原理估算結(jié)果得到。參數(shù)和多項(xiàng)式的優(yōu)化結(jié)果稱(chēng)為分子力場(chǎng)。
進(jìn)行參數(shù)化的化合物庫(kù)對(duì)分子熱學(xué)方式的估算成功與否至關(guān)重要。針對(duì)某類(lèi)分子優(yōu)化的力場(chǎng)只有在應(yīng)用于同類(lèi)分寅時(shí)才可保證得到可信的結(jié)果。
