ŠTOKHOLM, BRATISLAVA. Sú to dva odlišné prístupy. Ten prvý, vychádzajúci z klasickej fyziky Isaaca Newtona, nie je príliš zložitý. Ak sa v ňom rozhodnete rátať, výpočty nebudú príliš komplikované a môžete sa takto pozrieť aj na naozaj veľké molekuly. Problémom je, že tieto molekuly musia byť úplne statické, zabudnite na reakcie medzi rôznymi látkami.
Druhý spôsob je komplikovanejší. Ponoríte sa do sveta kvantovej fyziky, do sveta lietajúcich elektrónov a atómových jadier - a budete mať pred sebou naozaj zložité výpočty. Dokonca také zložité, že na ne budete potrebovať výkonné superpočítače.
Potom však prišla trojica chemikov programátorov a oba prístupy spojila. Vďaka práci Martina Karplusa, Michaela Levitta a Arieha Warshela dnes počítače dokážu krok za krokom vytvoriť virtuálne chemické reakcie a sledovať, čo sa v nich deje. Vedci za to dostali tohtoročnú Nobelovu cenu za chémiu.
Počítače a modely
Fatky
Počítačové modely:
Klasické: opisujú veľké molekuly, rátajú sa ľahko, nedokážu však simulovať chemické reakcie.
Kvantové: sú zložité, rátajú sa ťažko a pomaly, simulovať vedia len malé molekuly. Dokážu však opísať prebiehajúce reakcie.
Kedysi mohla práca chemikov vyzerať romanticky. Ak si odmyslíme toxické prostredie a rôzne riziká vrátane explózií, stáli v laboratóriách a miešali látky. A predvídali, čo zostane ako výsledok.
Problémom je, že chemické reakcie v skutočnosti prebiehajú extrémne rýchlo, vlastne až rýchlosťou svetla. Medzi atómami preskakujú elektróny a klasická chémia či fyzika už na ich opisy nestačia.
Ak chcete skutočne porozumieť chémii, musíte sa vybrať až do sveta najmenšej fyziky. Až potom nasleduje hranie sa so skúmavkami. Vedci jednoducho potrebovali vykročiť do kvantového sveta a zároveň využiť nový výmysel inžinierov - počítače.
„Kedysi vedci vytvárali modely z plastových paličiek a guľôčok,“ píše vo svojom stanovisku švédska Kráľovská akadémia vied. „Dnes všetko toto modelovanie zvládnu práve počítače.“
Martin Karplus bol už v sedemdesiatych rokoch uznávaný vedec a vytváral prvé modely, ktoré pracovali s kvantovou fyzikou.
Do jeho laboratória na Harvardovej univerzite však prišiel mladý študent Arieh Warshel, ktorý už mal za sebou prácu na tradičných modeloch. Spolu s Michaelom Levittom vytvorili program, ktorý vychádzal z klasickej fyziky a zvládol opísať aj veľké molekuly.
Vedci sa rozhodli, že svoje prístupy spoja, až napokon vznikol nástroj, v ktorom časť výpočtov stála na kvantovej fyzike a menej zaujímavé kúsky rátal klasicky.
Karplus s Warshelom a neskôr Warshel s Levittom tieto nástroje postupne zlepšovali. Chceli sa pozrieť aj na enzýmy, ktoré prakticky riadia chémiu v našich telách. Výsledkom boli šikovné počítačové modely, ktorých myšlienky používame dodnes.
„Vyvinuli sme nástroje, ktoré nám ukázali, ako veci naozaj fungujú,“ vysvetlil nový nositeľ Nobelovej ceny Arieh Warshel. „Mohli sme sa pozerať, ako sa to celé deje. A na to potrebujete počítače. Vďaka tomu môžete vytvárať lieky alebo, ako v mojom prípade, jednoducho zo zvedavosti.“
Určiť smer
Od čias dávnych alchymistov sa chémia výrazne zmenila. Dnes väčšina práce, hľadania nových zaujímavých látok prebieha na výkonných počítačoch a vďaka softvérovým simuláciám.
Teoretici narazia na zaujímavé vlastnosti a experimentátori už potom vedia, čo by mali zhruba robiť. Prípadne im teoretici predpovedia rovno výsledky pokusov.
Pochopiť a predvídať takéto procesy a dokázať ich nasimulovať vo virtuálnom kybersvete pomohli práve tohtoroční nositelia poslednej prírodovednej nobelovky.
