ในThe Hitchhiker’s Guide to the Galaxyหนังสือโดย Douglas Adams เครื่องจักรทำให้การเดินทางระหว่างดวงดาวเป็นไปได้โดยการผลักดันธรรมชาติไปสู่เหตุการณ์ที่ไม่น่าจะเป็นไปได้อย่างยิ่ง แต่ไม่ใช่สิ่งที่เป็นไปไม่ได้ เทคนิคการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบใหม่สัญญาว่าจะคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้เร็วกว่าเดิมถึง 20 เท่า โดยมุ่งเน้นไปที่ห่วงโซ่ของเหตุการณ์ที่หายากมากแต่สำคัญเคมีเชิงคำนวณใช้คอมพิวเตอร์เป็นหลอดทดลองเสมือนจริง ตัวอย่างเช่น การคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ผ่านการจำลองตามทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายประสิทธิภาพ
ของตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะพยายามสังเคราะห์พวกมัน หรือสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การพับผิดของโปรตีนที่เชื่อว่าเป็นสาเหตุของโรคอัลไซเมอร์และอื่นๆ โรค
Titus van Erp แห่งมหาวิทยาลัยคาธอลิกในเมืองลูเวน การเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นชั่วขณะเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ได้นำไปสู่เหตุการณ์ที่น่าสนใจ เช่น โมเลกุลติดกันหรือแตกออกจากกัน “มันเหมือนกับหนังที่มีส่วนที่น่าเบื่อเป็นชั่วโมงๆ ชั่วโมงแล้วชั่วโมงเล่า” แวน เออร์ปกล่าว “ฉากที่น่าสนใจเพียงเสี้ยววินาทีแล้วก็จบลง”
การจำลองภาพยนตร์ทั้งเรื่องจะต้องใช้คอมพิวเตอร์เพื่อติดตามการเคลื่อนไหวและสถานะของโมเลกุลที่ละลาย เช่นเดียวกับโมเลกุลของน้ำโดยรอบ ความซับซ้อนของงานนั้นจะท่วมท้นแม้กระทั่งคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก
นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับอัลกอริธึมให้เหมาะสมเพื่อละเว้นส่วน
ที่น่าเบื่อและทำตามเฉพาะการกระทำที่มีแนวโน้ม เช่น เมื่อโมเลกุลของน้ำเรียงตัวในลักษณะที่เอื้อให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่ละลายน้ำสองโมเลกุล ในระดับเฟมโตวินาที เหตุการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นได้ยาก แต่จะเกิดขึ้นแน่นอนหากรอเฟมโตวินาทีนับล้านหรือพันล้าน
แต่แม้แต่เหตุการณ์ต่อเนื่องที่เริ่มต้นอย่างมีความหวังก็มักจะมาถึงทางตัน โมเลกุลของน้ำอาจเริ่มเรียงตัวเป็นโครงร่างที่เหมาะสมเพื่อแยกย้ายกันไป การทำตามทางตันดังกล่าวอาจทำให้เสียเวลาในการคำนวณจำนวนมาก
ตั้งแต่ดาราศาสตร์ไปจนถึงสัตววิทยา
สมัครรับข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์เพื่อสนองความกระหายใคร่รู้ของคุณสำหรับความรู้สากล
ติดตาม
ในแนวทางใหม่ของ van Erp คอมพิวเตอร์เริ่มต้นด้วยการเลือกการจัดเรียงตัวของโมเลกุลเริ่มต้นแบบสุ่มและติดตามการพัฒนาของมันไปพร้อมกัน เมื่อหนึ่งหรือหลายสถานการณ์สร้างผลลัพธ์ที่ดี ตัวอย่างเช่น หากโมเลกุลที่ควรทำปฏิกิริยาเคลื่อนที่เข้าใกล้มากขึ้น การจำลองจะเริ่มต้นใหม่ มันสลัดสถานการณ์ที่ไม่น่าสนใจทิ้งไปและเริ่มต้นใหม่อีกครั้งด้วยรูปแบบต่างๆ ที่น่าสนใจ
อัลกอริทึมจะคอยติดตามว่าส่วนใดของสถานการณ์ที่ทิ้งไปในแต่ละขั้น ที่ช่วยให้สามารถประเมินอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยการคำนวณสัดส่วนของสถานะเริ่มต้นที่จะจบลงด้วยปฏิกิริยาของโมเลกุล
Van Erp กล่าวว่าวิธีการของเขาสามารถลดการเสียเวลาในการคำนวณได้อย่างน้อยหนึ่งลำดับความสำคัญ เขาประสบความสำเร็จในการจำลองการสลายตัวของ DNA ให้เร็วที่สุดเท่าที่อัลกอริธึมที่มีอยู่สามารถทำได้ถึง 20 เท่า เขารายงานความสำเร็จดังกล่าวในฉบับหน้าของPhysical Review Letters
“มันเป็นผลงานที่ดีมาก” ฮวน เดอ ปาโบล แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-เมดิสันกล่าว เขาเสริมว่าการคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้การจำลองเป็นสิ่งที่ท้าทายมานานหลายทศวรรษ และการเร่งการจำลองตามลำดับความสำคัญเป็นขั้นตอนที่สำคัญ
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
