Potensiallandskap

Potensiallandskap är ett begrepp som används inom fysik, kemi, biologi och andra vetenskaper för att beskriva hur ett systems tillstånd kan ses som punkter i ett landskap präglat av en potentialfunktion. Landskapet representeras ofta av en funktion U(x), där x anger systemets konfiguration eller tillstånd. Lokala minimor i landskapet utgör stabila eller metastabila tillstånd, medan kullar och energibarriärer avgör hur sannolikt det är att systemet övergår till andra tillstånd.

I fysik och kemi används termen ofta i form av potentiell energilandskap (potential energy surface, PES), som beskriver hur energin varierar med molekylens geometriska konfiguration. Sådana landskap används för att analysera reaktionsvägar, övergångstillstånd och konformationsändringar hos molekyler och biomolekyler, till exempel vid proteinveckning där landskapet ger en bild av hur olika konformationer uppkommer och byts från varandra.

Inom biologi och studier av komplexa system används potensiallandskapet också som en analog för hur celler, populationer eller nätverk kan befinna sig i olika stabila tillstånd och hur fluktuationer och yttre påverkan kan leda till byten mellan dessa tillstånd. Epigenetiska landskap nämns ofta som ett historiskt exempel där utvecklingens väg illustreras som en resa genom ett sådant landskap.

Beräkningar av potensiallandskap innebär vanligtvis att man projicerar högdimensionella landskap till ett fåtal dimensioner eller att man modellerar och skattar en potentialfunktion baserat på data och dynamiska modeller. Inom kemi och fysik används metoder som molekylär dynamik och samplingstekniker för att kartlägga energibäring och övergångskoordinater; inom andra fält används datadrivna eller teoretiska modeller för att fånga landskapets övergripande form. Se även potential energy surface och epigenetiskt landskap.