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计算科学革命与趋势

关键词:计算科学 计算化学    发布时间:2014-03-15 04:58:27    点击数:4652

计算科学革命与趋势

 

实验是人类认识自然的基本手段,然而实验却受制于各种苛刻的实验条件从而难以全面的理解所研究体系的性质,比如分子的电子结构、结构与各种谱图的关系、过渡态结构及反应能垒、分子间弱相互作用等等。运用理论计算与模拟手段(量子化学,分子动力学等方法)可以全面理解和预测所研究体系的各种性质。瑞典皇家科学院在1998年诺贝尔奖公告中称:“...量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具,将化学带入一个新时代,在这个新时代里实验和理论能够共同协作探讨分子体系的性质。化学不再是纯实验科学了。当接近90年代快结束的时候,我们看到化学理论和计算的研究有了很大的进展,其结果使整个化学正在经历着一场革命性的变化。”。

 

2013年,诺贝尔化学奖再次颁发给理论化学领域研究者,这再一次肯定了理论化学的重要性,以及标志着未来实验与理论相结合的趋势。目前很多传统学科都出现了与计算相关的研究方向,例如计算物理学、计算化学、计算生物学、计算材料学、计算机辅助药物设计等等。理论计算与模拟既可以从最微观、最本质的层次来理解与解释物质结构与其性质的关系,也可以方便的构建虚拟实验来预测未知体系的性质。相比于实验科学,它能节省大量的人力、物力及财力。因此,未来的科学研究必定是实验和理论两大手段相互协作、相互促进的。

 

什么是计算化学


计算化学的主要目标是依据化学规律(理论化学方法)利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质,并用以解释一些具体的化学问题。传统的化学实验依据一些总结出的化学规律进行设计、改造来达到探索研究的目的,然而科学研究总是在探寻未知体系的性质,未知体系又存在着未知的规律及现象,这就不可避免需要进行大量的尝试及实验,如果借助有效、严格的理论化学方法(如量子化学)在计算机中实现这些实验,不仅可以节省大量的人力、物力及财力,而且可以加速科研的步伐,达到化学实验的理性设计这一目标。

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