Изучение квантовой механики

[alexander_1992]

Добрый день, коллеги! Представлюсь, я биолог, генетик. Кроме основной деятельности, решил в качестве хобби заняться компьютерным конструированием лекарств. Но этим обычно занимаются химики, т.к. сама область основана на вычислительной и квантовой химии. Нашел людей, которые согласились помочь, дать мне поработать. Но нужно для начала разобраться в основах. Квантовую химию невозможно читать, не зная квантовой механики. А в учебниках по квантовой механике на каждом шагу отсылки к классической механике со всякими лагранжианами и гамильтонианами, в итоге не получается ни в чем разобраться, и хочется все бросить к черту. Хотелось бы услышать совет, по поводу квантов - как правильно их изучать? Каков Ваш личный опыт. А также в каком порядке изучать матаппарат? Я по верхам знаю математику (анализ, линейная алгебра, теорвер), но все равно не хватает знаний для понимания...

[Igrickiy(senior)]

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

Кроме основной деятельности, решил в качестве хобби заняться компьютерным конструированием лекарств. Но этим обычно занимаются химики, т.к. сама область основана на вычислительной и квантовой химии.

Если Вы предполагаете серьёзно и профессионально работать, использую вычислительную и квантовую химию, то это очень серьёзная заявка. По верхам не прокатит. Математика нужна серьёзная. Из не слишком перегруженных Д.И.Блохинцев. Ещё А.А.Соколов , И.М Тернов. Для химиков - Р.Фларри.

[madschumacher]

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

Кроме основной деятельности, решил в качестве хобби заняться компьютерным конструированием лекарств.

На самом деле, среди т.н. "квантовых химиков" и/или "вычислительных химиков" достаточно много (подавляющее большинство) людей не понимают в полной мере методы, лежащие в основе их работы.
Рутинная работа (в частности, конструирование лекарств, как я понимаю, в основном это QSAR и прочие штуки, завязанные на machine learning и big data) вычислительных химиков обычно не требует знаний по вопросам квантовой механики: больше нужна химическая интуиция, общее понимание идеи методов + куча навыков работы с софтом, приправленное работой в Linux (часто с уклоном на суперкомпы, например, опыт работы с системами очередей, типа SLURM и PBS приветствуется).
Всё это достигается не путём штудирования учебников, а "полевой практикой": чтобы разобраться с софтом, нужно им пользоваться.
При этом в том же QSAR вообще может не быть ничего квантового (ММ поля и без квантов понять можно).

Насчёт конструирования лекарств, имхо, в качестве хобби -- это бесперспективное занятие, т.к. выхлоп от существующих методик низкий: ресурсов жрут много, сил и денег на них тратят уйму, а лекарств из них 1-2 и обчёлся... У нас ещё нет, насколько я знаю, полноценных методов, которые бы могли подобные штуки предсказывать.

Если же всё-таки хочется изучить квантовую химию, то, емнип, учебник

Цитата:

Грибов Л. А
Квантовая химия : Учебник для химических и биологических специальностей вузов
Издательство: Гардарики, 1999 г.

вроде ничего (достаточно простой и не перегруженный).

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

Каков Ваш личный опыт. А также в каком порядке изучать матаппарат?

В принципе, если представить себе как выглядит гамильтониан, понять, что это просто функция энергии, узнать её вид, потом понять как из него получается оператор Гамильтона, а потом въехать, что такое уравнение Шрёдингера, то на этом фундаменте можно дальше разбирать методы и модели квантовой химии.
Правда, это не у меня, а у моих знакомых было так, и некоторые успешно квант.химом занимаются. Лично я заходил через теормех в квантмех.

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

(анализ, линейная алгебра, теорвер)

Перечисленного списка должно хватить, если Вы и правда это знаете. Если понимаете дифференциирование, интегрирование, решение диффуров, знаете, что такое базис, понимаете, что такое собственные вектора/значения матрицы, то к изучению квантов можно приступать.

(самопиар)

Можете попробовать посмотреть и моё творчество на эту тему:
https://dxdy.ru/topic129194.html
Последняя версия дана в сообщении #1349145.
Там всё тоже начинается с лагранжиана, но я пытался это разжёвывать и показывать всё с точки зрения химиков (правда, раздел о квантовой химии сейчас находится в стадии написания).

[Munin]

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

Квантовую химию невозможно читать, не зная квантовой механики. А в учебниках по квантовой механике на каждом шагу отсылки к классической механике со всякими лагранжианами и гамильтонианами, в итоге не получается ни в чем разобраться, и хочется все бросить к черту.

Квантовая механика для химии - это (пусть меня поправит madschumacher) прежде всего матричная механика.

Для неё надо знать линейную алгебру (над комплексными числами), и уметь читать бра-кет обозначения с угловыми скобочками, типа $\langle\psi|H|\psi\rangle.$ Лагранжианы тут вовсе не нужны, а гамильтониан - просто такая матрица.

Стандартные учебники квантовой механики "для физиков" (типа упомянутого Блохинцева) излагают в основном волновую механику. Она рассказывает про волновые функции, и как их находить решением дифференциальных уравнений - в общем, суровый матан. С этой точки зрения, гамильтониан - дифференциальный оператор (на пальцах, "формула"). Но химику-то это зачем? Он в лучшем случае будет подобные решения делать и смотреть на компьютере, а не сам считать руками.

В общем, может быть, стоит сразу начать с учебника типа "квантовая химия", а квантовую механику в матричном виде - подбирать по ходу дела, либо по учебникам типа Фейнмановские лекции по физике 8-9.

----------------

Лекарствами вообще-то занимаются не химики, а биохимики. Тут на первом месте биология: надо знать, как лекарство взаимодействует с белками, коферментами, молекулами мембраны разных клеток, и т. д. и т. п.

[madschumacher]

Munin в сообщении #1369965 писал(а):

Квантовая механика для химии - это (пусть меня поправит madschumacher) прежде всего матричная механика.

Это всё зависит от перспективы. Такие вещи, как определитель Слейтера и метод Хартри-Фока, теоремы Купманса, Кона-Шэма, электронная плотность и электростатический потенциал (необходимые для QSAR), атомные заряды и прочее в терминах матричной механики обсуждать очень сложно.
Впрочем, и на это можно смотреть не через призму физики, а через чёрные очки пользовательского интерфейса соответствующего ПО.

Munin в сообщении #1369965 писал(а):

Лекарствами вообще-то занимаются не химики, а биохимики.

Ну почему? И химики тоже. Вон, на химфаке МГУ недавно открыли кафедру медицинской химии. Химики, правда, раньше ходили по-другому пути. Было какое-то действующее вещество, а его потом пытались модифицировать (навешать/снять функциональные группы, синтезировать нечто, похожее по форме, но на другом каркасе и т.д.). Современных методов я не особо знаю, но в целом, наверное, развитие этих старых идей + биохимия. Тем более, что структуры тех же мембран, белков и пр. получают те же химики (кристаллографы и ЯМРщики).

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Вопросы преподавания»
Причина переноса: это все-таки не физика (вернее, не только физика), но и для МД как-то не очень подходит.

[alexander_1992]

Огромное всем спасибо! Буду рад услышать новые советы! По ходу изучения предмета буду писать в эту тему, возможно мой опыт кому-то пригодится.

[Ruslan_Sharipov]

alexander_1992 в сообщении #1369898 писал(а):

Добрый день, коллеги! Представлюсь, я биолог, генетик. Кроме основной деятельности, решил в качестве хобби заняться компьютерным конструированием лекарств. Но этим обычно занимаются химики, т.к. сама область основана на вычислительной и квантовой химии. Нашел людей, которые согласились помочь, дать мне поработать.

В каком городе Вы находитесь и каков профиль предприятия/организации, где дают поработать без опыта и квалификации? Если можно, назовите организацию конкретно. Хочу приехать, поработать. У меня есть что сказать в этой отрасли.

[madschumacher]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1399447 писал(а):

У меня есть что сказать в этой отрасли.

В вычислительной и квантовой химии? Ой, окститесь, Вы и в других областях, судя по форуму, уже много лишнего наговорили...
Опять же, вдруг работа в деревне, поедете ж разве...

[Ruslan_Sharipov]

madschumacher в сообщении #1400036 писал(а):

В вычислительной и квантовой химии?

Да, Вы угадали.

madschumacher в сообщении #1400036 писал(а):

Вы и в других областях, судя по форуму, уже много лишнего наговорили...

Ничего лишнего. Если не называть лишним то, что имеет место быть, но что полномочная на то публика желает скрыть.

madschumacher в сообщении #1400036 писал(а):

Опять же, вдруг работа в деревне, поедете ж разве...

Если не найду других вариантов, деваться будет некуда. Но пока что хочу получить чуток больше информации о загадочной организации.