Az összetett kémiai folyamatok számítógépes modellezésében végzett úttörő munkájukért a Svéd Királyi Tudományos Akadémia Martin Karplusnak, Michael Levittnek és Arieh Warshelnek adta a 2013-as kémiai Nobel-díjat.
A Svéd Királyi Akadémia a héten osztja ki a Nobel-díjakat, ami a tudományos élet legrangosabb elismerése. Az orvostudományi és a fizikai díjak után ma délelőtt kihirdették a kémiai Nobel-díj nyerteseit is: ezt három kutató kapta, akik a kémiai folyamatok számítógépes modellezésének megalapítói voltak.
A kémikusok korábban műanyag pálcikákkal és gömbökkel modellezték a molekulák felépítését. Hogy ez mára megváltozott, az részben Karplusnak, Levittnek és Warshelnek köszönhető: az 1970-es években ők fektették le azoknak a nagy teljesítményű számítógépes programoknak az alapjait, amiket ma az összetett kémiai folyamatok modellezésére használnak. A számítógépes modellezés azóta megkerülhetetlen a modern vegytanban, a kémia terén elért áttörések nagy része enélkül nem jöhettek volna létre.
A pontos modellezés igen fontos, de bonyolult folyamat. A kémiai reakciók sokszor villámgyorsak: az elektronok egy ezredmásodperc töredéke alatt ugranak egyik atommagról a másikra. A hagyományos eszközökkel lehetetlen volt ezekkel lépés tartani, így nem lehetett megfigyelni az összetettebb kémiai folyamatokat. A számítógépes modellekkel ezek feltérképezhetővé váltak; ennek köszönhetően ismerjük, hogy a katalizátor hogy szűri meg a kipufogógázt, vagy azt, hogy miként zajlik a fotoszintézis a zöld levelekben.
Hasonló okokból kapott Nobel-díjat 1998-ban John Pople és Walter Kohn; ők a kémiai reakciók megmagyarázását és előrejelzését segítették elő a kémiai kutatások több területén. Karplus, Levitt és Warshel munkája azért jelentős, mert ők fejlesztették ki azt az eljárást, amivel a newtoni és a kvantummechanikai megközelítés kombinációjára épülő, bonyolultabb folyamatok is modellezhetők.
A kutatók elérték, hogy ez a két elmélet szimultán használható legyen, míg korábban a kémikusoknak el kellett döntenie, hogy melyiket választják. A klasszikus fizika nagy előnye, hogy megkönnyítette a számításokat, így nagy molekulákat is modellezni lehetett, de a kémiai reakciók szimulációjára alkalmatlan volt. A kémikusok ezért inkább a kvantumfizika felé fordultak, de a nagyobb molekulák modellezéséhez hatalmas számítási teljesítményre volt szükség.
A Nobel-díjas kémikusoknak sikerült elérniük, hogy a módszereiket a newtoni és a kvantumfizikát előnyben részesítő kutatók is használhatták. Az eljárással például az is szimulálható, hogy egy gyógyszer hogyan kapcsolódik a fehérjéhez a szervezetben. Ilyenkor a számítógép elvégzi a kvantumelméleti számításokat, és elemzi, hogy a fehérjében található atomok milyen reakcióba lépnek a gyógyszerrel. A további számításokat a rendszer már a kevésbé erőforrás-igényes klasszikus fizika szabályai szerint végzi el.
A három díjazott kutató eredményei megkérdőjelezhetetlenek: mára a számítógépes szimuláció a vegytani tudományok megkerülhetetlen része.