開創分子動力學模擬，95歲頂級科學家辭世

Berni Alder開創了計算機模擬的先河，特別是冷凝物中原子和分子的動力學。1957年，Alder和Wainwright首次使用分子動力學方法研究了物質的宏觀性質。

Alder認為：計算機仿真是一種新的科學方法，可以將理論與實驗聯繫起來。這一觀點回答了一些基本物理問題，並改變了統計力學領域和許多其他應用科學領域。

2020年9月7日，Berni Alder去世，享年95歲。

Alder出生於德國杜伊斯堡。1933年，納粹掌權後，他和家人移居瑞士蘇黎世，並於1941年移居美國。在戰時於美國海軍服役後，Alder在加州大學伯克利分校獲得了化學專業的學士學位和碩士學位。在Pasadena的加州理工學院（California Institute of Technology）攻讀博士學位時，在物理化學家John Kirkwood的帶領下，他開始使用計算機探索固體和液體中的分子是如何相對運動的。

在攻讀博士學位期間，他提出了一個問題：「（代表分子的）硬球體系統在各種條件下的行為如何？」 在接下來的二十年中，這個問題一直困擾著他。他和計算機科學家Stan Frankel共同開發了一種早期的蒙特卡洛算法（在該算法中，球體被賦予了隨機位移）以計算硬球體流體的特性。Nicholas Metropolis和他的小組在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）取得了進步。

1951年獲得博士學位後，Alder回到伯克利教授化學學科。1953年，他開始在加利福尼亞大學利弗莫爾大學輻射實驗室（後來稱為勞倫斯利弗莫爾實驗室）擔任顧問，該實驗室是由核物理學家Edward Teller和Ernest Lawrence新成立的，並於1955年作為工作人員加入。該實驗室資金充裕，是美國在冷戰時期促進創新的努力的一部分。Alder和他的小組利用了實驗室在核武器設計中發展的功能日益強大的電子計算機的剩餘能量。

Alder恢復了對球體系統性質研究的興趣。在1950年代中期，他與Livermore的同事Thomas Wainwright合作，開發了模擬多體系統的算法。他們使用分子動力學技術，對球體系統中的一系列碰撞進行了建模，並隨時間推移跟蹤了系統的狀態。他們之所以考慮硬性領域，是因為可以準確確定動力學性質，從而使批評家們認為結果是計算機算術不準確的產物。顧名思義，該技術優於蒙特卡洛方法的優點是，它可以解決多粒子系統的動力學及其平衡特性。

分子動力學的發明是Alder的最大遺產，其在材料科學，生物化學和生物物理學以及物理和化學領域得到廣泛的應用。他對統計力學的兩個基本貢獻引人注目，並且使科學界相信該技術的實用性。在他發表這一發現之前，人們一直認為固體是由於分子之間有吸引力的相互作用而存在的：晶格中原子的規則排列是使能量最小化的構型。

在1957年，Alder和Wainwright（以及其他使用蒙特卡洛方法的人）表明，隨著硬球體系統的壓縮，它們經歷了從液態到固態的轉變。由於硬球之間沒有有吸引力的相互作用，因此凍結會使熵最大，而不是使能量最小。晶體中球體的規則排列比液體具有更大的移動空間。

第二個主要成就是關於非平衡流體如何達到平衡：例如，Albert Einstein假設其性質的波動會迅速衰減。1970年，Alder和Wainwright發現這種假設是不正確的。如果給球一個初始推動力，則發現其平均速度衰減得慢得多。這引起了對流體力學微觀基礎的重新檢驗。

此外，Alder還擴展了仿真的範圍。在分子動力學中，分子之間的力來自電子密度。這些力只能用量子力學來描述。如果不解決量子問題，分子動力學將無法做出精確的預測。儘管在某些情況下已經獲得了出色的結果，但對於擴展量子系統非常精確的仿真方法至今仍未得到發展。在1980年，用Alder進行的均勻電子系統的仿真表明了這種情況，對電子的相關能的研究結果是大多數研究凝聚態材料微觀性質的理論基礎。

1963年，Alder與Teller等人一起幫助在加州大學戴維斯分校成立了應用科學系，以建立與Livermore輻射實驗室相關的研究生培訓計劃。Alder也是《計算物理學》雜誌的創始人之一和編輯。

Berni Alder的個性很獨特。與數學推導相比，他更喜歡直觀的理解，始終側重於他認為的基本的科學問題，而不是短期的進步。

他從來不是程式設計師，而是年輕同事的代言人，他有足夠的好奇心和濃厚的興趣，致力於解決棘手的科學問題。

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