互动科普

2013年的诺贝尔化学奖颁给了3位恰巧都有着双重国籍的科学家，他们分别是，马丁·卡普拉斯（Martin Karplus），拥有美国和奥地利双重国籍；迈克尔·莱维特（Michael Levitt），拥有美国与英国双重国籍；阿里耶·瓦谢尔（Arieh Warshel），拥有美国和以色列双重国籍。这3位科学家的获奖理由是：为复杂化学系统创造了多尺度模型。

今天，全世界的化学家在计算机上所进行的实验，几乎与在实验室里做的一样多。从计算机上获得的理论结果被现实中的实验证实，此后又产生了新的线索，引导我们不断探索神秘的原子世界。而这之所以能成为现实，正是得益于这3位科学家从上世纪70年代开始所做的工作。

在此之前，科学家们要在电脑上模拟分子，他们所拥有的软件要么是基于经典物理，要么是基于量子物理，这是两个完全不同的领域，在一些方面甚至是冲突的。而获得2013年诺贝尔化学奖的3位科学家，在这两个世界之间打开了一扇门。

莱维特和瓦谢尔在以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）攻读学位时，曾利用该所的一台超级计算机，发展出了一套基于经典理论的计算机程序，可以实现对所有分子甚至是那些巨大的生物分子的模拟。但它拥有明显劣势，无法模拟化学反应过程，因为在反应过程中，分子充满能量、处于激活态，经典物理学方法无法理解这种状态。

1970年，瓦谢尔完成博士学位后，加入了卡普拉斯在美国的实验室，也带去了他的计算机程序。从那时起，瓦谢尔和卡普拉斯开始共同开发一种新型程序，可以对不同的电子采用不同的处理方法——当处理自由电子时，会采用量子物理算法，而处理其他电子和原子核时，则采用更加简单的经典方法。1972年，他们公布了这项最新的方法，这是世界上首次实现这两种方法的结合。

1976年，莱维特和瓦谢尔再次合作，发表了全球首个酶类反应计算机模型。自此，在模拟化学反应时，规模已不再是问题。

由卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔所发明的多尺度模型，不仅可用来研究各种各样的化学过程，包括从生命分子到工业化学过程，还能用来优化太阳能电池、机动车的燃料，甚至药品等。时至今日，化学领域取得的大部分重要进展都离不开先进计算机模型的帮助。