2013诺贝尔化学奖：结合经典物理与量子物理方法

马丁 卡普拉斯：在奥地利出生的美国理论化学家，犹太裔。主要研究领域是核磁共振谱学、化学动态学、量子化学和生物大分子的分子动力学模拟等方面。他已经提出了有关耦合常数和二面角之间关系的卡普拉斯方程。卡普拉斯1950年取得哈佛大学的文学学士学位，1953年获加州理工学院的博士学位，师从莱纳斯 鲍林。

迈克尔 莱维特：美国和英国双重国籍。1947年出生于南非的比勒陀利亚，1971年在英国剑桥大学获得博士学位。莱维特称，接到获奖的电话通知时，他正在睡觉，第一反应是 不敢相信 ，随后非常高兴，如同喝了 三倍分量的浓咖啡 。 我以为在做梦。从来没有人给我打手机，我通常仅接到短信或电子邮件。一开始，我以为对方打错了电话。

亚利耶 瓦谢尔：美国和以色列双重国籍。1940年出生于以色列的一个集体农庄，1969年在以色列雷荷弗特魏兹曼科学院获得博士学位。美国南加利福尼亚大学杰出教授。瓦谢尔从美国洛杉矶通过电话向在瑞典斯德哥尔摩采访诺奖的媒体记者发表获奖感言，说半夜得知自己获奖， 感觉极好 ，盼望12月到瑞典领奖。

▲对于核心的反应用量子物理解释，周围的原子用经典物理构建，而周围的溶液物质则更加 模糊化 ，当做均一的电介质来处理。

▲1972年，科学家花两年时间模拟出的一个分子。如今，分子大小已经不是问题，人们可以模拟出整个反应。

▲3名获奖者作出 开创性工作 ，融合经典物理和量子物理，创造出新方法。比如，模拟一种药物如何作用于人体中特定蛋白质时，电脑用量子物理计算蛋白质内的原子与药物之间的相互作用，用经典物理模拟蛋白质剩余部分。

原标题：用计算机模拟化学反应 三位美科学家分享诺贝尔化学奖

瑞典皇家科学院于2013年10月9日北京时间17时45分，授予犹太裔美国理论化学家马丁 卡普拉斯、美国斯坦福大学生物物理学家迈克尔 莱维特及南加州大学化学家亚利耶 瓦谢尔2013年诺贝尔奖化学奖，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。

用计算机取代真实实验的尝试

过去，化学家们曾经利用塑料球和小棍来建造分子的模型， 瑞典皇家科学院给出的新闻通稿中这样说道， 而现在，建模则是由计算机完成的。

瑞典皇家科学院评价，多亏了本次化学奖的这项研究，科学家得以用计算机揭开一直以来神秘的化学反应的面纱。在1970年代，马丁 卡普拉斯、迈克尔 莱维特和亚利耶 瓦谢尔就奠定了用于了解和预测化学反应历程的计算机程序的基础。反映真实情况的计算机模型已经成为了现在化学界大多数新进展的关键。

为什么计算机模型与化学研究有了联系？化学反应以光速发生着，在一个化学反应中，成千上万的原子不停息地改变各自的行为，分子链构型、大分子、小分子的形状瞬息万变。在百万分之一秒之内，电子可以从一个原子跳到另一个。这样的速度让经典化学在发展过程中遇到瓶颈。也就是说人们无法得知细微且迅速的化学反应到底如何在每一个角落发生着。

由于人力无法对此作出计算，计算机工程师设法将物理学家与化学家的计算模型改写为计算机程序，由计算机帮助大家计算并建模。

专业人士表示，之后的模型验证，还需要生物学家、工程师、实验物理学家等许多人，以实验来证明，或修正这个计算模型，以便了解分子、原子的真实模样与行为。

经典物理与量子物理的结合

卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔所做的工作之所以具有开拓性还因为他们设法将牛顿的经典物理和截然不同的量子物理学联系起来。

事实上，此前，化学家不能不选择其中一个方向进行研究。

其中，经典物理的优点是计算简单，并且可以被应用于很大的分子。不过，经典物理的弱点在于它没有提供模拟化学反应的方法。

为了达到这个目的，化学家必须使用量子物理体系进行研究。不过这样一来，相关计算就需要依赖非常强大的计算能力，因此只能在小分子上应用。

今年的诺贝尔化学奖获得者将两个物理体系的精髓结合到了一起，并汲取了在经典物理和量子物理领域都适用的研究方法。

本版文/本报记者 岳菲菲

助人类 看清 光合作用

开发新催化剂

说到此次获化学奖诺奖科学家们的研究究竟有什么用途，可以说，他们的研究结果适用于化学的每个领域，曾经那些 抽象 的存在可以用计算机模拟出一个模型。

人们发现，借助三位科学家的研究工作，自然界的许多疑问被解答了。例如，绿叶如何进行光合作用？催化剂如何加快化学反应？药物如何在人体中发生作用？

例如，要模拟对药物在体内如何与靶蛋白进行耦合，计算机会对靶蛋白中能与指定药物相互作用的原子进行量子理论的计算。大蛋白的其余部分则利用相对没那么费力的经典物理方法进行模拟。

更简要来讲，对于化学反应的核心通过量子物理理论进行精确模拟，而对于 周围 部分则用经典物理 推论 出来。这样一来，整个化学反应就被模拟出来了。

在具体应用方面，人们借此更有效地开发太阳能，优化里的燃烧过程，寻找新的工业催化反应。

诺奖 讯息

2013年诺贝尔奖自10月7日起陆续揭晓。生理学或医学奖以及物理学奖已经揭晓。9日化学奖结果出炉后，诺贝尔文学奖获奖人选于10日公布。11日和14日，和平奖和经济学奖也将陆续揭晓。

诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗（约合120万美元），将由三位获奖者平分。

诺奖 数字

165人获化学奖

自1901年起至今，共颁发了105个诺贝尔化学奖。共有166人次、165人获得诺贝尔化学奖，因为弗雷德里克 桑格（Frederick Sanger）曾一人获得过两次化学奖。

四位女性获化学奖

到目前为止，诺贝尔化学奖得主仅有4位女性。

一人独揽两次化学奖

莱纳斯 鲍林（Linus pauling）1954年因在化学键方面的工作获奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为唯一一个个人获得两次诺贝尔奖项的人。上文提到的弗雷德里克 桑格虽然也获奖两次，但他是与其他人共同分享奖项。

最年轻的化学奖得主35岁

最年轻的诺贝尔化学奖得主为让 弗雷德里克 约里奥 居里（Fr d ric Joliot），1935年与妻子同捧奖杯，时年35岁。最老的化学奖得主约翰 贝内特 芬恩（John B. Fenn），2002年得奖时已经85岁。此外，截至2012年官方统计，获得化学奖的平均年龄是57岁。

两次化学奖被 拒领

历史上曾有过两次诺贝尔化学奖被拒领，但是并非得奖者本人意愿，而是被当局勒令拒绝诺贝尔奖。此外，还有一位获得生理学或医学奖项的科学家也被迫拒领。三人分别是理查德 库恩（Richard Kuhn）（1938，化学），阿道夫 布特南特（Adolf Butenandt）（1939，化学），格哈德 多马克（Gerhard Domagk）（1939，生理学或医学）。三人都在之后得到了证书和奖章，但没有奖金。

据诺奖官网

诺奖 杂谈

经典物理与量子物理的结合 在瑞典皇家科学院对三位诺贝尔化学奖得主的评价中， 物理 二字反复出现，这与近年来的规律相符，诺贝尔化学奖摇身变成了 理综奖 ，或者如某科技网站写道：诺贝尔化学奖应该改名为 诺贝尔物理、化学、生物奖 ，这次又多了一个计算机科学。

网友 物理帝师 慨叹：你得不上诺贝尔物理学奖？没事，有化学奖！你得不上诺贝尔生理或医学奖？没事，有化学奖！如果你是研究农学的，有化学奖！化学奖，无所无能，只有化学奖可以普度众生，让所有理综人都能获得诺贝尔奖！

的确，学科间的融合为科学研究带来了新的突破，利用化学的手段和方法可以解决生物领域的问题，利用物理的工具助力化学难题的破解，如此一来，便模糊了其间的界限。本报综合科技网站盘点出过去10年化学奖是如何 理综 的。

2003年 对细胞膜中的离子通道的研究 生物

2004年 发现了泛素介导的蛋白质降解 生物

2005年 发展了有机合成中的复分解法 化学

2006年 对真核转录的分子基础的研究 生物

2007年 对固体表面化学进程的研究 化学

2008年 发现和改造了绿色荧光蛋白 生物

2009年 核糖体结构和功能方面研究 生物

2010年 有机合成中钯催化偶联反应研究 化学

2011年 准晶体的发现 物理

2012年 对G蛋白偶联受体的研究 生物