諾貝爾化學(xué)獎：開啟多領(lǐng)域化學(xué)研究新時代

在諾貝爾所有的獎項(xiàng)中，因?yàn)閯?chuàng)立者諾貝爾本人的化學(xué)家身份，諾貝爾化學(xué)獎自然就成了很多人認(rèn)為分量最重的獎項(xiàng)。諾貝爾評審委員會10月9日表示，2013年度的化學(xué)獎為三人所分享，馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特及亞利耶·瓦謝爾，他們給復(fù)雜化學(xué)體系設(shè)計了多尺度模型。

計算機(jī)變得與試管一樣重要

在漫長的歷史時期，對化學(xué)家而言，試管是他們最為重要的工具，另外通過小棒和小球，他們就可以搭建出一些化學(xué)反應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)人類進(jìn)入計算機(jī)時代以后，對化學(xué)研究人員而言計算機(jī)開始逐步變得與試管同樣重要。

中科院化學(xué)研究所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任邊文生表示，化學(xué)反應(yīng)是一個微觀過程，許多化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生可能只需要幾微秒，傳統(tǒng)上用實(shí)驗(yàn)手段描述出反應(yīng)過程的每一個步驟幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，而此次獲獎的三位科學(xué)家使計算機(jī)成了描述一些化學(xué)反應(yīng)的重要工具。

諾貝爾評審委員會說，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾研究的開創(chuàng)性在于，他們讓經(jīng)典物理學(xué)與迥然不同的量子物理學(xué)在化學(xué)研究中“并肩作戰(zhàn)”。以前，化學(xué)家必須二選其一。依靠用塑料棒和桿創(chuàng)建模型的經(jīng)典物理學(xué)方法的優(yōu)勢在于計算簡單且能為大分子建模，但其無法模擬化學(xué)反應(yīng)。而如果化學(xué)家選擇使用量子物理學(xué)計算化學(xué)反應(yīng)過程，但巨大的計算量使得其只能應(yīng)付小分子。為此，在20世紀(jì)70年代，這三位科學(xué)家設(shè)計出多尺度模型，讓傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)走上了信息化的快車道。在由這三位科學(xué)家研發(fā)出的多尺度模型的輔助下，化學(xué)家們就可以讓計算機(jī)做“做幫手”來揭示化學(xué)過程。

諾貝爾化學(xué)獎評選委員會在當(dāng)天發(fā)表的聲明中說，現(xiàn)在，對化學(xué)家來說，計算機(jī)是同試管一樣重要的工具，計算機(jī)對真實(shí)生命的模擬已為化學(xué)領(lǐng)域大部分研究成果的取得立下了“汗馬功勞”。并且通過模擬，化學(xué)家能更快獲得比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果。

研究成果被廣泛應(yīng)用

事實(shí)上，也正是三位科學(xué)家上個世紀(jì)70年代的開創(chuàng)性研究，讓計算機(jī)模擬揭示復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程成為可能。此后，經(jīng)過長期努力，科學(xué)家們建立了更加準(zhǔn)確和普遍適用的量子化學(xué)和分子力學(xué)結(jié)合的多尺度計算模型。

邊文生表示，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾所發(fā)明的多尺度模型的意義在于其具有普遍性，可用來研究各種各樣的化學(xué)過程，從生命分子到工業(yè)化學(xué)過程等，都可以應(yīng)用到他們研究的模型。

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院長江特聘教授夏斌表示，如今無論是在化學(xué)領(lǐng)域，還是分子生物學(xué)領(lǐng)域，三位獲獎?wù)叩难芯砍晒家驯挥枰詰?yīng)用，其已經(jīng)成為了很多研究人員十分重要的研究工具。

“如今，蛋白質(zhì)、核酸、碳?xì)浠衔锏壬锎蠓肿拥难芯浚钚卵芯颗c開發(fā)的藥物設(shè)計等相關(guān)研究，幾乎都離不開三位獲獎?wù)咄ㄟ^計算機(jī)模擬出的化學(xué)分子模型。”邊文生說。

另外，目前三位科學(xué)家的研究成果，已經(jīng)應(yīng)用于廢氣凈化及植物的光合作用的研究中，并可用于優(yōu)化汽車催化劑、太陽能電池的設(shè)計等。

有人說，卡普拉斯、萊維特及瓦謝爾三人上個世紀(jì)70年代的研究幾乎開啟了多領(lǐng)域化學(xué)研究的新時代，他們早就有資格獲得諾貝爾化學(xué)獎，現(xiàn)在才獲得該獎項(xiàng)已經(jīng)是很遲的了。