All rights reserved

www.armakovic.com

MOLECULAR MODELING Research group at the Faculty of Sciences, University of Novi Sad


Nobelove nagrade iz oblasti molekulskog modelovanja

Currently this text is available just in Serbian language


Uvek je zanimljivo sagledati oblast naučnog interesovanja i sa aspekta dodeljenih Nobelovih nagrada. Drugim rečima, oblasti našeg interesovanja možemo opisati sa nekoliko ključnih reči i jednostavnom pretragom videti ko je i za šta dobio Nobelove nagrade. Pa eto, oblasti našeg interesovanja možemo opisati sa sledećim ključnim rečima: molekulsko modelovanje, organske nanostrukture, kompjuterska fizika, kompjuterska hemija, kvantna mehanika, kvantna hemija, molekulska dinamika, superprovodnost... Evo do čega se dođe pretraživanjem web sajtova:


2013.

Nobelovu nagradu za hemiju su 2013. godine podelili sledeći naučnici: Martin Karplus, Michael Levitt and Arieh Warshel. Originalna konstatacija zbog čega su dobili Nobelovu nagradu glasi:

 "For the development of multiscale models for complex chemical systems"


Drugim rečima, pomenuti Nobelovi laureati su tvorci programskog okruženja kojim je moguće ispitivati hemijske reakcije. Naravno, nije to samo izrada softvera sa programerskog aspekta (pisanje linija koda i sl.), nego je neophodno i razviti model po kojem će se, uz pomoć programskog koda, vršiti simulacije i proračuni. Sada se odmah postavlja pitanje: do koje mere model i softversko rešenje trebaju da budu efikasni da bi se za to dobila Nobelova nagrada?


Klasična vs. Kvantna fizika


Da bismo odgovorili na pomenuto pitanje dobro je da pomenemo da se simuliranje molekula može vršiti korišćenjem principa dva osnovna pristupa – klasičnom (Njutnovskom) fizikom i kvantnom mehanikom.

Jednostavnije rečeno, postoje dva osnovna nivoa teorije kojima možemo tretirati neki sistem od interesa. Jedan način je da molekule u posmatranom sistemu opisujemo principima klasične fizike, tj. da ih opisujemo Njutnovim jednačinama kretanja, dok drugim načinom pomenuti sistem posmatramo kao kvantne objekte koji se podvrgavaju zakonima kvantne mehanike. Prvim pomenutim pristupom dobijamo informacije o kretanju molekula, pa tako imamo uvid u dinamiku sistema i zato se taj pristup naziva „Molekulska dinamika“. Sa druge strane, ako se odlučimo da molekule ispitiujemo principima kvantne mehanike, u tom slučaju zapravo krećemo od osnovnih zakona koji se odnose na same činioce molekula, atome, drugim rečima krećemo od samog početka. Ovaj pristup se često naziva ab initio (što na latinskom znači: od početka) ili „first principles calculations“. Kratka ilustracija, ako želimo da ispitujemo osobine molekula vode, korišćenjem ab initio  pristupa krećemo od zakona kvantne mehanike primenjenih na atome vodonika i kiseonika, koji su činioci vode.

Iako dijametralno različiti, oba pristupa imaju svoje prednosti i mane. Molekulskom dinamikom možemo da ispitujemo svojstva velikih sistema, ali se zanemaruju mnogi fenomeni svojstveni molekulskim strukturama. Sa druge strane, ab initio pristupom možemo ispitivati inherentna svojstva molekula na fundamentalnijim i mnogo realističnijim osnovama, ali to zahteva ogromne kompjuterske resurse.

Karplus, Levitt i Warshel su zapravo ova dva principa objedinili u svojim programskim rešenjima i dobili moćno oružje za ispitivanje hermijskih reakcija.


Nastavak sledi... :)

Dobitnici Nobelove nagrade za Hemiju 2013. godine

Dobitnici Nobelove nagrade za Hemiju 1998. godine

Martin Karplus

Michael Levitt

Arieh Warshel

Walter Kohn

John Pople