Επιμέλεια άρθρου: Βλαδίμηρος Νικολάκης, Δρ. Χημικός Παν/ίου Ιωαννίνων.
Σήμερα πλέον οι χημικοί σε όλο τον κόσμο σχεδιάζουν και εκτελούν πειράματα στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές επί καθημερινής βάσεως. Με τη βοήθεια των μεθόδων που από το 1970 οι Martin Karplus, Michael Levitt και Arieh Warshel άρχισαν να αναπτύσσουν, έγινε δυνατή η διερεύνηση κάθε μικρού βήματος των πολύπλοκων χημικών διεργασιών. Κάτι τέτοιο με γυμνό μάτι είναι πρακτικά αδύνατο.
Για παράδειγμα, αν καταφέρουμε να μιμηθούμε τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης θα είμαστε σε θέση να φτιάξουμε περισσότερο αποτελεσματικές ηλιακές κυψέλες. Κατά τη διάσπαση των μορίων του νερού παράγεται οξυγόνο αλλά και υδρογόνο, το οποίο μπορεί να αποτελέσει πηγή ενέργειας για τα οχήματά μας. Επίσης, δίνοντας μια επιτυχημένη λύση σε αυτό το θέμα έχουμε λύσει και το πρόβλημα με το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Πως στήνεται υπολογιστικά μία πολύπλοκη χημική αντίδραση;
Σε τεράστιες βάσεις δεδομένων στο Internet, υπάρχουν μοντέλα των πρωτεϊνικών μορίων που καθορίζουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Οι δομές αυτές αποτελούνται από δεκάδες εκατομμύρια άτομα. Παρ'όλα αυτά, μία μικρή περιοχή της πρωτεϊνικής δομής κάνει όλη τη ''δουλειά'', η οποία αποκαλείται ενεργό κέντρο. Σε αυτή την περιοχή τα μόρια του νερού διασπώνται. Στην περιοχή αυτή εμπλέκονται ελάχιστα άτομα.
Μπορεί να διακρίνει κανείς τα τέσσερα ιόντα μαγγανίου, ένα ιόν ασβεστίου και τέσσερα άτομα οξυγόνου. Η δομή δείχνει επακριβώς τη θέση των ατόμων και των ιόντων, βασιζόμενη στις αρχές της κλασσικής μηχανικής του Νεύτωνα, αλλά δεν αποκαλύπτει τίποτα για το λειτουργικό τους ρόλο. Με κάποιον περίεργο τρόπο, ηλεκτρόνια πρέπει να αποσπαστούν από το νερό. Πως γίνεται αυτό; Σε αυτό το σημείο είναι που χρειαζόμαστε τη βοήθεια υπολογιστικών προγραμμάτων, τα θεμέλια των οποίων έβαλαν οι φετινοί νικητές του Νόμπελ Χημείας 2013.
Όταν οι επιστήμονες θέλουν να προσομοιώσουν χημικές αντιδράσεις, πρέπει να ανατρέξουν στη δυϊκή θεωρία της κβαντομηχανικής, στην οποία το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται και ως σώμα και ως κύμα ταυτόχρονα. Η ισχύς της κβαντομηχανικής έγκειται στο γεγονός ότι είναι ''αμερόληπτη'' και συνεπώς το μοντέλο δεν περιλαμβάνει καμία από τις αρχικές και καμιά φορά αυθαίρετες παραδοχές των επιστημόνων. Έτσι, το μοντέλο είναι περισσότερο ρεαλιστικό 
σε σχέση με την κλασσική αιτιοκρατική μηχανική του Νεύτωνα. Σημαντικό μειονεκτημα είναι ότι οι υπολογισμοί αυτοί απαιτούν τεράστια υπολογιστική ισχύ.
Η κλασσική χημεία και η κβαντική χημεία είναι δύο εντελώς διαφορετικοί και ως ένα σημείο ανταγωνιστικοί κόσμοι. Αλλά οι νικητές του Νόμπελ Χημείας 2013 έχουν ανοίξει μία πύλη ανάμεσά τους. Στα υπολογιστικά τους μόντελα, ο Νεύτωνας και το μήλο του συνεργάζεται με το Schrodinger και τη γάτα του.
Η συμβολή των φετινών νικητών του Νόμπελ Χημείας στην προσομοίωση πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων
Για να μην ξοδεύουν άσκοπη υπολογιστική ισχύ, οι Michael Levitt και Arieh Warshel περιόρισαν δραστικά το υπολογιστικό φορτίο της προσομοίωσης. Ο υπολογιστής δεν χρειαζόταν να επαναλαμβάνει κβαντομηχανικούς υπολογισμούς για άτομα τα οποία δεν παίζουν κάποιο δραστικό ρολό στη χημική αντίδραση.
Στους μοντέρνους υπολογισμούς πλέον οι επιστήμονες έχουν προσθέσει και ένα τρίτο επίπεδο προσομοίωσης. Τα άτομα ή μόρια που βρίσκονται αρκετά μακριά από την καρδιά της αντίδρασης θεωρούνται ως μία ομοιογενή μάζα, γνωστή ως ''διηλεκτρικό μέσο''.
Πόσο μακριά μπορεί να πάει την επιστήμη της Χημείας ο γάμος της με την επιστήμη της Πληροφορικής;
Το γεγονός ότι τη σημερινή εποχή οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών για να εκτελούν πειράματα έχει οδηγήσει σε μία βαθύτερη κατανόηση της εξέλιξης των χημικών διεργασιών. Η ισχύς των μεθόδων που ανέπτυξαν οι Martin Karplus, Michael Levitt και Arieh Warshel βασίζεται στο γεγονός ότι είναι 
παγκόσμιες. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλους τους τομείς της χημείας, από τα βιομόρια ως τις βιομηχανικές χημικές διεργασίες. Οι επιστήμονες μπορούν να βελτιστοποιήσουν συστήματα ηλιακών συλλεκτών, καταλυτικών μετατροπέων για αυτοκίνητα ή ακόμα και φαρμάκων.
Η πρόοδος όμως δεν σταματά εκεί. Σε μία από τις πολλές δημοσιεύσεις του, ο Michael Levitt έγραψε για ένα από τα μεγάλα του όνειρα: την προσομοίωση ενός ζώντος οργανισμού σε μοριακό επίπεδο. Μια αρκετά δελεαστική σκέψη. Τα υπολογιστικά μοντέλα που ανέπτυξαν οι νικητές του φετινού Νόμπελ Χημείας 2013 είναι πανίσχυρα εργαλεία στην υπηρεσία της επιστήμης. Πόσο ακριβώς μακριά μπορούν να προχωρήσουν τη γνώση μας είναι κάτι για το οποίο θα αποφασίσει το μέλλον.
ΠΗΓΗ: www.nobelprize.org
