Μοντέλα Στην Επιστήμη Και Το Φετινό Νόμπελ Χημείας

What we developed was a way for a computer to take the structure of a protein and eventually understand how exactly it does what it does. You can use it to design drugs, or in my case, to satisfy your curiosity.

Αυτό είπε σήμερα στον κόσμο ο Άρι Γουόρσολ, ο ένας από τους τρεις νικητές του φετινού Νόμπελ Χημείας, λίγο μετά την ανακοίνωση της βράβευσης. Συνοψίζει πολύ ωραία ό,τι έκαναν και υπογραμμίζει την σημασία της περιέργειας, ως το βασικό κίνητρο των μεγάλων επιστημόνων. Οπότε αποτελεί και ιδανική εισαγωγή για αυτό εδώ το ποστ, που μιλάει και λίγο ευρύτερα για την επιστήμη, προτού επιχειρήσει μια αναλυτικότερη-μα-όχι-πολύπλοκη περιγραφή του επιτεύγματος των Γουόρσολ, Κάρπλας και Λέβιτ.

Ξεκινάω με μικρή αναφορά στα μοντέλα.

Τα μοντέλα είναι πολύ βασικό πράγμα στην επιστήμη. Ουσιαστικά, η λέξη μοντέλο μπορεί καταπληκτικά να αντικαταστήσει και τη λέξη θεωρία. Σκέψου το: Το μοντέλο της Σχετικότητας, το μοντέλο της Εξέλιξης, και πάει λέγοντας. Υπό μία έννοια, δουλειά της επιστήμης είναι να μας δώσει μοντέλα που θα μας επιτρέπουν να προβλέψουμε το μέλλον, την εξέλιξη των φαινομένων που μελετάμε.

Στη χημεία όμως τα πράγματα δεν ήταν ακριβώς έτσι. Ενώ από τις αρχές του 20ού αιώνα περίπου είχαμε πολύ καλά μοντέλα για τα μικρά άτομα, όσο προσπαθούσαμε να μοντελοποιήσουμε μεγαλύτερα κομμάτια της ύλης, χτυπάγαμε τοίχο -τα μαθηματικά γίνονται εκθετικά πολυπλοκότερα και οι εξισώσεις άλυτες. Τελικά, όταν φτάναμε να μιλήσουμε για χημικές αντιδράσεις, δηλαδή τις σύνθετες αλληλεπιδράσεις τεράστιων ποσοτήτων πολύπλοκων μορίων, δεν είχαμε μοντέλα. Είχαμε μια τεράστια συλλογή επαναλήψιμων πειραματικών δεδομένων, οπότε μπορούσαν να βγούνε κάποιοι χονδρικοί κανόνες τύπου "όταν ανακατέβω τόσο Α με τόσο Β σε τόση θερμοκρασία, παίρνω τόσο Γ" και να ξέρουμε πώς θα φτιάξουμε διάφορα πράγματα. Αυτό είναι πάρα πολύ σημαντικό επίτευγμα, και η περισσότερη εφαρμοσμένη χημεία ακόμα στηρίζεται σε αυτές τις μεθόδους. Ρίξε μια ματιά γύρω σου και δες πόση εφαρμοσμένη χημεία φοράς, κοιτάς, αγγίζεις. Εκ του αποτελέσματος η μεθοδολογία μπορεί να κριθεί λίαν επιτυχημένη. Μας άλλαξε τη ζωή.

Της λείπει όμως η κομψότητα των μαθηματικών, ή της γεωμετρίας.

Και οι τρεις χημικοί που τιμήθηκαν σήμερα από την Σουηδική Ακαδημία των Επιστημών, έδωσαν στη χημεία κάτι από αυτή την κομψότητα.

Ξεκινώντας την δουλειά τους πριν 41 χρόνια, το 1972, έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην κατασκευή μοντέλων σε H/Y που μπορούσαν να προβλέψουν την έκβαση χημικών αντιδράσεων. Και μάλιστα αντιδράσεων που συμβαίνουν πολύ γρήγορα για να προλάβουμε να δούμε πειραματικά τι συνέβη πώς. Μετά και την παράλληλη εισβολή των PC στη ζωή μας, η δουλειά τους πλέον αγγίζει καθημερινά τις ζωές χημικών σε όλο τον κόσμο, όπου και αν ειδικεύονται: Ενζυμικές λειτουργίες, φωτοβολταϊκά στοιχεία, ανάπτυξη φαρμάκων, λειτουργία των καταλυτών στα αυτοκίνητα, κλπ.

Δεν ήταν οι πρώτοι που ασχολήθηκαν με μια τέτοια μοντελοποίηση. Ήταν όμως αυτοί που συνδύασαν στα μοντέλα τους την κλασική νευτώνεια φυσική με την κβαντομηχανική, πετυχαίνοντας μία πολύ καλή ισορροπία ανάμεσα στην ακρίβεια και την απλότητα. Έτσι, τα μοντέλα ήταν αρκετά ακριβή για να ταιριάζουν με τα πειράματα, και αρκετά απλά ώστε να μπορούν οι επεξεργαστές των PC να τα χειριστούν και όταν μιλάγαμε για μεγάλες ποσότητες μορίων. Μια αναλογία, για να ξεδιαλύνει τα πράγματα: Στην οθόνη ενός υπολογιστή, όσο πιο πολλά πίξελ έχεις, τόσο πιο καλή αναπαράσταση θα πετύχεις, τόσο περισσότερο θα ζοριστεί και ο επεξεργαστής. Όσο ευκολότερη κάνεις την δουλειά για τον επεξεργαστή όμως, τόσο χάνεις σε ποιότητα εικόνας. Στόχος είναι να βρεις έναν χρυσό αριθμό πίξελ, κάπου ανάμεσα.

Αυτό έκαναν οι  Γουόρσολ, Κάρπλας και Λέβιτ με τη δουλειά τους, και όσο οι υπολογιστές μας γίνονται ταχύτεροι, τόσο λιγότερα θα είναι τα πειράματα που πρέπει να κάνουν οι χημικοί στον εργαστηριακό πάγκο για να βγάλουν άκρη. Για χρόνια οι χημικοί του εργαστηρίου "κορόιδευαν" τους θεωρητικούς χημικούς. Αλλά καθώς η εγκυρότητα των θεωρητικών προβλέψεων αυξάνεται, η κατάσταση αλλάζει.

Συγχαρητήρια λοιπόν στους τρεις επιστήμονες.

Δες ακόμα:
Ποιοι είναι και τι πέτυχαν οι οκτώ φετινοί νικητές των Νόμπελ