ИндустрияЗа что вручили Нобелевскую премию
по химии?
В чём важность работ Мартина Карплюса, Майкла Левитта и Арье Уоршела
Текст
Артем Лучко
Нобелевская неделя в Стокгольме продолжается. Сегодня, 9 октября, комитет назвал имена лауреатов премии по химии. Ими стали американец австрийского происхождения Мартин Карплюс, британец Майкл Левитт и израильтянин Арье Уоршел. Международная группа учёных получила премию «за развитие широкомасштабных моделей сложных химических систем». Look At Me пытается объяснить, что кроется за этой формулировкой и почему их работа заслужила такое признание.
Почему моделирование так важно для химии?
Если школьный учитель химии для наглядности демонстрирует в классе модели молекул, сделанные из пластиковых шариков и палочек, то серьёзные учёные работают со сложными трёхмерными моделями, созданными (естественно) при помощи компьютеров. Без компьютерных моделей не было бы большинства важнейших открытий в химии сегодня: компьютер является таким же важным инструментом современного алхимика, как и пробирки. Виртуальные симуляторы настолько реалистичны, что они всегда точно предсказывают исход традиционных экспериментов и позволяют более детально изучить реакции. Более глубокое понимание химических процессов в свою очередь позволяет оптимизировать лекарства, создавать более эффективные солнечные батареи и делать многое другое.
Химические реакции происходят с молниеносной скоростью. За доли миллисекунды электроны переходят от одного атомного ядра к другому. Практически невозможно по ходу эксперимента уловить каждый мельчайший этап в химическом процессе. Но именно благодаря методам, которые теперь отмечены Нобелевской премией, учёные могут детально изучать протекание химических реакций на компьютере.
Основы мощного программного обеспечения, которое используется для моделирования, изучения и прогнозирования химических процессов и по сей день, были заложены Мартином Карплюсом, Майклом Левиттом и Арье Уоршелом ещё в 1970-х годах.
В чём новаторский подход Карплюса, Левитта и Уоршела?
Карплюс, Левитт и Уоршел смогли совместить при моделировании химических процессов классическую ньютоновскую физику и принципиально иную квантовую физику, тогда как ранее химикам приходилось выбирать между использованием первой или второй модели. Преимущество классической физики заключается в том, что её сравнительно простые расчёты могут быть использованы для моделирования крупных и сложных молекул. Однако классическая физика не позволяет просчитывать химические реакции, так как они проходят на уровне атомов, а в этом мире действуют совсем иные законы физики, которые описывает квантовая механика. Для таких расчётов необходимы огромные вычислительные мощности, поэтому они могли выполняться только для простых и небольших молекул.
Лауреаты этого года, как выразились представители Нобелевского Фонда, взяли «лучшее от обоих миров» и придумали методы, совмещающие в себе как классическую, так и квантовую физику. Их разработки позволили, например, симулировать ситуацию того, как лекарственный препарат соединяется с белком-мишенью в организме. При этом компьютер выполняет квантовые теоретические расчёты, касаемые атомов белка и лекарства, в то время как остальная часть молекул белка моделируется при помощи менее сложных расчётов классической физики.
images via Shutterstock 1, 2, 3
Комментарии
Подписаться