Molekulardynamik ist die Untersuchung der Art und Weise, wie sich Atome und Moleküle bewegen. Die direkte Beobachtung dieser Teilchen ist nicht immer möglich, daher untersuchen Wissenschaftler die Moleküldynamik mithilfe mathematischer Formeln. Diese Formeln sind in Computer einprogrammiert, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die Bewegung verschiedener Atome und Moleküle zu simulieren. Obwohl reale Teilchen beim Studium der Molekulardynamik nicht verwendet werden. Die Ergebnisse der Simulationen gelten als einigermaßen genau.
Das Studium der Molekulardynamik ist eine Art virtuelles Experiment. Durch die Untersuchung des Verhaltens virtueller Moleküle können Wissenschaftler Vorhersagen darüber treffen, wie sich reale Moleküle verhalten könnten. Obwohl keine echten Moleküle verwendet werden, gelten die Ergebnisse dieser simulierten Experimente als genau. Das Anpassen bestimmter Parameter in den Gleichungen macht die Experimente genauer.
Simulationen der Molekulardynamik werden verwendet, um die Bewegung von Teilchen virtuell zu beobachten. Da es in einem Labor nicht immer möglich oder praktisch ist, tatsächliche Beobachtungen der molekularen Bewegung durchzuführen, werden stattdessen mathematische Simulation und Computermodellierung verwendet. Der Vorteil dieser Art von Experimenten besteht darin, dass Bewegungen über einen längeren Zeitraum beobachtet werden können, dass sie aus der Nähe beobachtet werden können und dass Bedingungen wie extreme Druck- oder Temperaturwerte, die im Labor nicht praktikabel sind, simuliert.
Computer sind in der Lage, die Bewegung von Atomen und Molekülen visuell darzustellen, indem sie mathematische Gleichungen lösen. Die Gleichungen basieren auf den Newtonschen Gesetzen und können die Bewegung der meisten Atome und Moleküle genau vorhersagen. Simulationsprogramme verwenden die Gleichungen, um die auf die Teilchen wirkenden Kräfte und die Bewegung der Atome im dreidimensionalen Raum darzustellen. Mit diesen Formeln ist es auch möglich, die Bewegung eines Atoms oder Moleküls über die Zeit zu verfolgen.
Die Molekulardynamik kann auch verwendet werden, um die Beziehungen zwischen Atomen und Molekülen zu beobachten. Die Simulationsprogramme verfolgen die gebildeten und aufgebrochenen Molekülbindungen und passen die Gleichungen entsprechend an. Obwohl die verwendeten Gleichungen auf den Newtonschen Bewegungsgesetzen basieren, können sie in den meisten Fällen auf die Bewegung sehr kleiner Teilchen angewendet werden. Gelegentlich müssen die Gesetze, die die Bewegung von Quantenteilchen bestimmen, in den molekulardynamischen Gleichungen verwendet werden, um die Teilchenbewegung korrekt zu beschreiben.