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目次

  • 序章 コンピュータ・シミュレーションの今日的な役割
    • コンピュータ・ケミストリーのいろいろ
    • コンピュータ・シミュレーションの重要性とその役割
    • 超スパコン時代のコンピュータ・シミュレーション
    • 〈コラム1〉世界で最初のコンピュータ・シミュレーション
  • 1章 コンピュータ・シミュレーションとは何か
    • 1.1 コンピュータのなかの物質系
    • 1.2 MD計算を用いた研究の進め方
    • 1.3 コンピュータ・シミュレーションの適用範囲
    • 1.4 MD法とMC法の違い
  • 2章 運動方程式の一般的な表し方
    • 2.1 MD法と古典力学
    • 2.2 一般化座標とラグランジュ形式
    • 2.3 エネルギーと運動量の保存則
    • 2.4 最も一般性の高いハミルトン形式
    • 2.5 時間発展を表すリウビル演算子
    • 〈コラム2〉プログラミングの難しさとプログラム開発の重要性
  • 3章 複雑な分子運動を表す運動方程式
    • 3.1 分子モデルと運動方程式
    • 3.2 並進運動と回転運動の分離
    • 3.3 剛体回転子系の全運動量と全角運動量の保存
    • 3.4 回転の運動方程式 オイラーの方程式
    • 3.5 回転の運動方程式における変数のとり方
  • 4章 分子間に働く力
    • 4.1 分子に働く力の起源
    • 4.2 多体相互作用の二体相互作用への還元
    • 4.3 相互作用モデルとポテンシャル関数
    • 4.4 ポテンシャルパラメータの決め方
    • 4.5 水のポテンシャル関数と計算結果の比較
    • 4.6 便利な汎用ポテンシャル
    • 4.7 ポテンシャル関数の選択および決定の手順
    • 4.8 粗視化モデルの考え方
  • 5章 運動方程式の数値計算法
    • 5.1 差分近似法
    • 5.2 予測子−修正子法
    • 5.3 時間発展演算子法
    • 補遺 シンプレクティック数値計算法のあらまし
  • 6章 長距離力の取り扱い方(Ⅰ)
    • 6.1 長距離相互作用に対する考え方
    • 6.2 エワルドの方法
    • 6.3 相互作用計算の高速化
    • 補遺 高速フーリエ変換に適したS(G)の補間法
  • 7章 長距離力の取り扱い方(Ⅱ)
    • 7.1 多極子モーメントを用いた多重極展開
    • 7.2 計算効率をあげるためのツリー法
    • 7.3 高速多重極展開法
    • 7.4 周期境界条件下でのFMM
    • トピックス1 生体膜の構造
  • 8章 アンサンブルの発生
    • 8.1 MD計算と温度,圧力の制御
    • 8.2 MD計算で用いる基本アンサンブル
    • 8.3 能勢・アンダーソンの方法
    • 8.4 運動方程式の導出
    • 8.5 パリネロ・ラーマンの方法
    • 8.6 フーバー形式
    • 8.7 能勢・ポアンカレの方法
  • 9章 拘束条件つきの運動方程式の解き方
    • 9.1 拘束条件つきの運動方程式
    • 9.2 SHAKE法
    • 9.3 RATTLE法
    • 9.4 ROLL法
    • 9.5 時間発展演算子法を用いたSHAKE/ROLL法,およびRATTLE/ROLL法
    • 〈コラム3〉シミュレーション計算には結構お金がかかる
  • 10章 MD計算から求められる物理量(Ⅰ)
    • 10.1 MD計算における“平均”の意味
    • 10.2 熱力学量の求め方
    • 10.3 分布関数の求め方
    • 10.4 エネルギー,圧力の補正
    • 10.5 圧力と圧力テンソル
  • 11章 MD計算から求められる物理量(Ⅱ)
    • 11.1 時間相関関数の求め方
    • 11.2 スペクトル密度の求め方
    • 11.3 輸送係数の求め方
  • 12章 MD計算から求められる分子の実像
    • 12.1 緑色蛍光タンパク質の研究課題
    • 12.2 MD計算による仮説の検証
    • 12.3 初期条件の設定
    • 12.4 系の平衡化プロセス
    • 12.5 MD計算で解明されたGFP発光のメカニズム
  • 13章 配置積分に基づいたシミュレーション
    • 13.1 配置積分の効率的サンプリング
    • 13.2 マルコフ連鎖と極限定理
    • 13.3 メトロポリスの方法
    • 13.4 モンテカルロ法の実際
  • 14章 自由エネルギー計算法の原理
    • 14.1 自由エネルギーとエントロピーの扱い方
    • 14.2 自由エネルギーを求める方法
    • 14.3 非物理的サンプリング
    • 14.4 異なる温度での自由エネルギー
    • 14.5 分布関数と自由エネルギー
    • トピックス2 ミセルの構造
  • 15章 非平衡系の取り扱い方
    • 15.1 非平衡系のシミュレーションの進め方
    • 15.2 電気伝導度の求め方
    • 15.3 ずりの発生
    • 15.4 熱流の発生
    • トピックス3 タンパク質の構造
  • 16章 量子系のシミュレーション
    • 16.1 量子系の取り扱い方
    • 16.2 電子の量子化
    • 16.3 原子核の量子化
    • 16.4 量子動力学の現状
    • 〈コラム4〉生命現象の解明に求められるブレークスルー