البحث الفائز بنوبل للكيمياء 2013

نوبل للكيمياء عام 2013 

الكمبيوتر طريق لفهم عالم الذرات

اعتاد الكيميائيون في تصميم نماذج الجزيئات الكيميائية على استخدام الكرات البلاستيكية والعصي، أما الآن فأصبحت عملية وضع هذه النماذج تتم من خلال أجهزة الكمبيوتر.

في السبعينيات وضع كل من Martin Karplus و Michael Levitt و Arieh Warshel الأساس لبرامج محاكاة كيميائية قوية تستخدم للفهم والتنبؤ بالتفاعلات الكيميائية، حيث تعكس النماذج الحاسوبية الواقع الحقيقي للذرات، وقد أصبحت اليوم حاسمة بالنسبة لمعظم الاكتشافات المتقدمة في الكيمياء.

تحصل التفاعلات الكيميائية بسرعة البرق، ففي جزء من الميلي ثانية تقفز الالكترونات من نواة ذرة إلى ذرة أخرى، ومن الصعب على الكيمياء التقليدية مواكبة هذه السرعات، بل يكاد يكون من المستحيل تجريبيا رسم خريطة لكل خطوة صغيرة من التفاعل الكيميائي.

باستخدام الطرق الحديثة تمكن هؤلاء العلماء الذين حازوا على جائزة نوبل من كشف النقاب عن التفاعلات الكيميائية كالتنقية المحفزة لأبخرة عوادم السيارات وعملية التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء على سبيل المثال.

كان إنجاز هؤلاء العلماء الثلاثة رائدا، فقد تمكنوا من جعل فيزياء نيوتن الكلاسيكية تعمل جنبا إلى جنب مع فيزياء الكم والتي تختلف عنها بشكل جوهري. فسابقاً كان على الكيميائيين الاختيار بينهما، فاستخدام القوى الفيزيائية الكلاسيكية ذو حسابات بسيطة ويمكن استخدمها في نمذجة الجزيئات الكبيرة، ومن نقاط ضعف هذه الطريقة أنها لا تقدم أي طريقة لمحاكاة التفاعل الكيميائي. ولهذا السبب اعتمد الكيميائيون فيزياء الكم عوضا عن الكلاسيكية إلا أن إجراء هذه الحسابات يتطلب تقنيات حاسوبية خارقة لذلك لا نستطيع تطبيقها إلا على الجزيئات الصغيرة.

قام العلماء الثلاثة بانتقاء الأفضل من كلا فرعي الفيزياء واستنبطوا طريقة تستخدم علمي الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم معا. على سبيل المثال: في محاكاة كيفية ارتباط الدواء بالبروتين الهدف داخل الجسم، يقدم الكمبيوتر حسابات كمومية نظرية تتعلق بتلك الذرات في البروتين الهدف والتي تتفاعل مع الدواء، بينما تتم محاكاة الجزء المتبقي من البروتين الكبير باستخدام أساليب أقل تطلبا تعتمد على الفيزياء الكلاسيكية.

أصبح الكمبيوتر على قدر من الأهمية لا يقل عن أنبوب الاختبار بالنسبة للكيميائيين. كما أن المحاكاة الحاسوبية لللتفاعلات الكيميائية غدت واقعية نستطيع من خلالها التكهن بنتائج التجارب الكيميائية التقليدية.

وهكذا استحقو بجدارة أرفع جائزة علمية تمنح في مجالهم...

المصدر: هنا