Store ligninger om små ting

Flere og flere kemiske eksperimenter kan laves uden reagensglas – eller laboratorier, for den sags skyld. Store fremskridt i teoretisk kemi flytter eksperimenterne over i computerne.

07.02.2013 | Peter F. Gammelby

Med nye teorier og smarte ligninger kan man lave computerberegninger på molekylers egenskaber og dynamik.

Lektor Ove Christiansen, Institut for Kemi, modtager EliteForsk-prisen.

Det er svært at spå, siges det. Og med et hurtigt sideblik til vejrudsigterne må man medgive, at ikke alt kan beregnes på forhånd. Endnu, i hvert fald.

Men grænserne for, hvad der rent faktisk kan beregnes, flytter sig hurtigt i disse år.

Og for den 43-årige elite-kemiker Ove Christiansen er ambitionen, at det skal blive muligt at kunne beregne alt. Nu har Uddannelsesministeriet givet ham en EliteForsk-pris på 1,2 mio. kr. til at forfølge dette mål.

Ove Christiansens speciale er teoretisk kemi, en disciplin der går ud på at forstå, beskrive og forudsige kemi ud fra teorier - men med den væsentlige tilføjelse, at han selv i høj grad er med til at udvikle teorierne, og i øjeblikket er den mest citerede yngre kemiker i Danmark

 

Stærke computere og kreative hjerner

Stadig mere præcise måleinstrumenter og voksende computerkraft gør det muligt både at afsløre naturens hemmeligheder og at lave realistiske simulationer af dens luner.

Teknologien gør det dog ikke alene. Computerne kan ikke simulere virkeligheden, hvis de ikke bruger modeller, der afspejler virkeligheden; her spiller menneskelig nysgerrighed, kreativitet og talent en afgørende rolle.

For at udforme modellerne skal man nemlig ikke kun kende virkeligheden – man skal også kunne omsætte den til regneregler og ligninger, som computerne kan bruge.

Det er en stor mundfuld, når nogle af naturens mindste byggesten, molekylerne, skal simuleres. Selv om computerne er blevet stærkere er det stadig nødvendigt at forenkle ligningerne og modellerne, så beregningerne ikke kommer til at vare urimeligt længe.

- Den grundlæggende teori kommer fra de fysiske love beskrevet af matematiske ligninger, som det tyvende århundredes fysik har afdækket. Selvom ligningerne er kendte, er de egentligt for komplicerede til at kunne løses. Teoretisk kemi handler om at udvikle og anvende nøjagtige modeller, som alligevel kan uddrage essensen. Vi udvikler sådanne teorier og implementerer disse i computerprogrammer, forklarer Ove Christiansen.

 

Kvante-udfordringer

Og da molekylerne er så små, følger de nogle andre naturlove end dem, vi kender i hverdagen. Dér gælder kvantemekanikken.

Derfor forsøger Ove Christiansen og hans kolleger nu at udvikle nogle nye teorier, der vil tillade dem at udføre kvantemekaniske beregninger, der beskriver atomkerners bevægelse.

- Det er utroligt svært, og vi er helt sikkert kun i starten af denne udvikling. En af de ting, som er en begrænsning i denne sammenhæng fører til et andet meget generelt problem, nemlig at de systemer, vi ønsker at studere, ofte er komplekse: molekylerne er store og de vekselvirker med nabomolekyler på afgørende vis for eksempel i væsker og biologiske systemer. Det er stadig en udfordring, hvordan man håndterer den slags kompleksitet i teoretiske beregninger og samtidig fastholder de landvindinger med hensyn til nøjagtighed, vi har opnået for mindre og isolerede systemer, siger han.

 

 Se en kortpræsentationsvideo af Ove Christiansen her

 

  • og læs om de øvrige prismodtagere på Aarhus Universitet her
Science and Technology, Institut for Kemi, Forskning, Navne , Medarbejdernyhed, Priser, Medarbejdere, Offentligheden / Pressen, Studerende
89573 / i31