Лекция И.В. Свитанько для абитуриентов
Оракул современной науки -- коротко о предсказательных моделях в химических экспериментах. Лекция пройдет в ИОХ РАН 6 июля
Как работает предсказатель? Он изрекает пророчество после тщательного осмысления предшествующего опыта, анализа закономерностей аналогичных событий, применения полученных аналитических выводов для понимания того, как в будущем все будет происходить.
Как работает научный сотрудник при планировании эксперимента? Точно так же. Социолог анализирует уже произошедшее в обществе, вычленяет определяющие моменты событий и может прогнозировать революции. Географы используют геоинформационные базы и делают далекоидущие выводы, о чем они вам и расскажут. Математику и физику совсем просто жить – законы математики и природы относительно постоянны, и на их базе моделируется все остальное.
Химику чуть сложнее. С одной стороны, чтоб понять, как будет вещество взаимодействовать с другим веществом, можно открыть базу данных аналогичных структур и, сменив шило на мыло (одну функциональную группу на другую), предсказать течение реакции. С другой стороны, есть те самые законы природы, и предсказать, как себя поведет вещество, хорошо бы не только путем гадания на кофейной гуще, а на основе атомно-молекулярной теории, которая не допускает вольностей в интерпретации.
Химик-аналитик имеет дело с активностью веществ по отношению к другим веществам (белкам, например), различным поверхностям (от полированного стола и активированного угля до неорганических, слегка органических и органических полимеров) – при том что «активность» предполагает и биологическое действие (вовсе не обязательно химическую реакцию), и химические реакции (т.е. перераспределение атомов и связей в пространстве), и поведение вещества при облучении. А уж регистрация этого поведения при облучении с разной частотой – это вообще отдельная наука, спектроскопия.
Сегодня химия превратилась из того, что рассказывают в школе – т.е. описания всего на свете с целью возникновения каши в голове – во вполне отвечающую принципам цифровизации науку. Не той «цифровизации», которую понимают программисты (типа всех научить писать код на питоне, и общество резко поумнеет), а реальной цифровизации науки, т.е. компьютерного планирования эксперимента путем предварительного моделирования его предполагаемого результата. Рисования структуры, которая с хорошей вероятностью будет с заранее заданными свойствами. Или моделирование механизма реакции, в которой должна образоваться нужная структура – здесь уже без квантовой химии, учитывающей упомянутые законы природы, не обойтись.
Вопрос «как?» - см. выше: либо осмыслением того, что уже опубликовано с аналогичными свойствами, нахождения «дескриптора» - а по-русски, определителя свойства (машинное обучение), либо, если из литературы известна структура «мишени» - белка, катализатора, с которыми будет эта модель взаимодействовать, то сначала нарисовать эту модель, потом ее сварить – после чего отдать на практические испытания, которые покажут, теория моделирования работает или полная туфта. Описанный процесс красиво называется молекулярным дизайном…