實際分子間的勢函數(shù)非常復(fù)雜，必須通過精確測量或理論計算才能確定。同時，勢函數(shù)與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系也非常復(fù)雜，難以根據(jù)勢函數(shù)用理論方法計算分子體系的性質(zhì)。只有具有最簡單勢函數(shù)的分子體系，才能用統(tǒng)計力學(xué)方法精確計算體系的性質(zhì)。因此，人們設(shè)計了包括硬球勢(hard sphere potential functions)在內(nèi)的多種具有最簡單勢函數(shù)的假想分子體系，以研究勢函數(shù)與分子體系性質(zhì)之間的關(guān)系。具有硬球勢的分子體系，可以由統(tǒng)計力學(xué)方法精確求得一系列virial系數(shù)Bn，以及其他許多熱力學(xué)性質(zhì)的解析解。如果把MD模擬得到的具有硬球勢的假想分子體系的性質(zhì)，與統(tǒng)計力學(xué)方法計算得到的相應(yīng)的精確理論結(jié)果對比，可以驗證MD模擬方法的可靠性，為改進MD模擬方法提供依據(jù)。事實上，MD模擬得到的實際分子體系的性質(zhì)，受分子模型可靠性和MD模擬方法可靠性的雙重影響。只有通過可精確求解的簡單模型分子體系，才能區(qū)分這兩種不同的影響，驗證MD模擬方法的可靠性。有關(guān)MD模擬方法、統(tǒng)計力學(xué)理論方法、實驗方法之間的關(guān)系，可以參考Allen和Tildesley的專著刪。

硬球勢是一種最簡單的勢函數(shù)，它把分子近似成直徑為σ相互間沒有吸引力的剛性硬球(圖3-3)。

當(dāng)兩個分子質(zhì)心間距離大于σ時，分子間相互作用力為零。當(dāng)兩個分子相互靠近至質(zhì)心間距離等于σ時，分子間發(fā)生完全彈性碰撞而相互遠離，不能繼續(xù)靠近。硬球勢雖然簡單，卻抓住了分子具有一個不可壓縮的核心這一本質(zhì)特征。因此，硬球勢可以很好地反映vanderWaals氣體的主要特征。