速度重标度算法的反常效应：飞行冰立方效应再探

飞行冰立方效应是一种分子动力学模拟假象，其中使用速度重标度恒温器有时会导致能量均分定理被破坏，影响结构和动力学性质。该假象的成因及其出现的条件尚未被完全理解。自飞行冰立方效应首次被证实以来，一种新的速度重标度算法（CSVR恒温器）已被开发并流行起来，但其对能量均分定理的影响并未被真正弄清。与此同时，简单速度重标度和Berendsen恒温器算法的使用并未减少，实际上还在持续增长。在此，我们在双原子分子模拟中计算了平动、转动和振动模式之间的动能分配，以明确确定在不同恒温器下以及将速度重标度至不同动能分布时能量均分定理是否被违反。我们发现飞行冰立方效应的根本原因在于平衡被破坏，导致在简单速度重标度和Berendsen恒温器下动能发生系统性重新分配。当速度被重标度至正则系的动能分布时（如CSVR恒温器所做的那样），能量均分定理不被违反，并且我们证明了CSVR恒温器满足细致平衡。本文以一个实例强调分子动力学从业者放弃使用流行但不正确的速度重标度算法的极端必要性：一项高被引研究的主要结果完全源于该研究使用Berendsen恒温器所产生的假象。