2013諾貝爾化學獎：多尺度模型是什么？

2013年諾貝爾化學獎也公布了。馬丁?卡普拉斯、邁克爾?萊維特和亞利耶?瓦謝爾因發展了復雜化學系統的多尺度模型而共同獲得2013年諾貝爾化學獎。

化學反應發生的速度極快，電子在原子核間跳躍，躲避著科學家們的眼睛。2013年諾貝爾化學獎的獲得者們讓電腦給出這個神秘過程路徑成為可能。化學過程的詳細知識將可能優化催化劑、藥物和光電電池。

全世界的化學家們每天用電腦設計和開展實驗。在馬丁-卡普拉斯、邁克爾-萊維特及亞利耶-瓦謝爾于上世紀70年代開始發展的模型幫助下，化學家們能詳查復雜化學反應中細小的每一步，即使它們無法被裸眼所觀測到。

化學家們以前用塑料球和小棍子建立分子模型，現在這樣的建模工作由計算機完成。上個世紀70年代，馬丁-卡普拉斯、邁克爾-萊維特和亞利耶-瓦謝爾為一個用于理解和預測化學過程的強大程序奠定了基礎。時至今日，用計算機模型模擬現實化學反應在化學的發展中已是關鍵性步驟。

化學反應發生的速度極快。在幾分之一的毫秒的時間內，電子從一個原子核跳到另外一個原子核。經典的化學家們無法追蹤這個過程，因為在實驗上標定化學反應中每一個細小的步驟是無法實現的。通過本次諾貝爾化學獎所提供的技術方法，科學家們得以讓電腦來揭示化學反應過程，例如催化劑提純尾氣或者樹葉中的光合作用等。

馬丁-卡普拉斯、邁克爾-萊維特和亞利耶-瓦謝爾的突破性成就在于，他們成功地將牛頓經典力學與本質上完全不同的量子力學同時考慮在內。以前的化學家只能兩選一。經典力學的強項在于它的計算簡單，能模擬非常大的原子模型，而缺點是無法模擬化學反應。為了模擬化學反應，化學家們必須使用量子力學，而量子力學則需要大量的計算機機時，所以只能用于小分子模型的模擬。

今年的獎獲得者們所發展的方法同時包括了經典力學和量子力學的強項。比如，當模擬一個藥物與人體內目標蛋白質結合時，目標蛋白質與藥物相互作用的部分被電腦用量子力學的理論來計算，而大蛋白質剩下部分被電腦用對計算能力要求較低的經典力學模擬。

今日的計算機對于化學家們就像試管一樣重要。模擬的結果如此真實，以至于可以預測常規實驗的結果。

（答案整理自科學公園）