诺贝尔化学奖得主:好奇心是研究的动力

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【大纪元2013年10月11日讯】(大纪元记者刘菲编译报导)洛杉矶南加州大学Dornsife文理学院化学系教授阿里耶·瓦谢尔(Arieh Warshel)是今年诺贝尔化学奖三位获得者之一,消息公布后的星期三,他立刻在校园赢得了一个永久泊车位。

瓦谢尔和另两位也是海外出生、后加入美国国籍的科学家——斯特拉斯堡大学和哈佛大学教授马丁·卡普拉斯(Martin Karplus)、斯坦福大学教授迈克尔·莱维特(Michael Levitt)共同获得了2013年诺贝尔化学奖的殊荣,他们的贡献是为化学研究开发了功能强大的计算机模型,使科学家们可以借助计算机模拟“看到”分子和它们之间的互相作用。三人将共享120万美元奖金。

成功秘诀:结合量子力学和经典力学

据诺贝尔奖委员会评委斯文·李丹的说法,三人成功的秘诀是将两个通常是对立的物理学分支——研究微观物质的量子力学和牛顿的经典力学,结合在一起。

而瓦谢尔则是把三人的研究工作联系在一起的关键人物。

瓦谢尔与卡普拉斯和莱维特的合作可追溯到上世纪70年代初期。当时卡普拉斯是哈佛大学的年轻教授,量子力学方面的专家。瓦谢尔和莱维特则是曾在以色列魏兹曼科学院攻读博士学位的同学。瓦谢尔毕业后来到卡普拉斯的实验室做博士后研究。他们的研究集中在一个主题:如何用计算机来帮助观察分子行为。

在实验室对以光速发生的化学反应进行实时研究是非常困难的,但是通过计算机模拟,科学家可以将其放慢观察,并进行优化,如可以做更高效的太阳能电池,或者更好的抗癌药物。

想法虽好,在计算机还需要打孔卡片做输入设备的70年代,无法应付量子力学所需要超大计算能力。牛顿的经典力学所要求的计算量要少得多,但准确度不够。

与另外两位获奖者的合作

瓦谢尔首先和卡普拉斯合作,用量子力学模拟准确性要求高的部分,剩下的则用经典力学来模拟。在这一策略的指导下,他们做出了包括维生素A的第一批小型分子的模型。但是这一方法仍然相当有限,不能处理药物设计和光合作用的问题,因为那牵扯到被称为酶的巨型分子。

这时候,莱维特的研究帮上了忙。在哈佛完成了2年的博士后研究后,瓦谢尔在以色列和剑桥大学碰到了老同学莱维特。1976年,二人合作发表了具有革命性的第一代电脑模拟的酶促反应,可以扩展到任何大小的分子。瓦谢尔并于当年加入南加大。

关键不是计算机多么强大

今天的科学家用瓦谢尔和他的同事们开发的模型来模拟化学反应既准确又高效——他们用量子力学来研究直接参与反应的自由电子和原子核,再用经典力学来研究分子的其他部分。

在9日南加大举行的新闻发布会上,有人问瓦谢尔,今天的计算机系统和40年前不可同日而语,他如何能预见当时开发的计算机模型今天仍然有效,瓦谢尔回答:关键不是机器多么强大,而是如何能用简单的方法提问。

好奇心是科学研究的动力

从很早,瓦谢尔就对控制几乎身体所有化学反应的酶很感兴趣,并研究至今。是什么动力在一直驱使他呢?

瓦谢尔本人则谦逊地将三人的研究成果总结为:“我们所做的,就是开发了一种能观察蛋白质如何实际工作的方法……这就像看到一只手表,不知道它是如何实际工作。如果你有一种酶能消化食物,你想了解它是如何做的……以此来设计药物,或在我的情况下,满足我的好奇心。 ”

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