06 สิงหาคม 2551

นาโน โนเบล (ตอนที่ 10)

การสถาปนาทฤษฎีโมเลกุลาร์ออร์บิทัลของมูลลิเกนที่ทำให้ท่านได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเมื่อปี ค.ศ. 1966 นั้น ได้ทำให้เราสามารถคำนวณสมบัติของสสารได้ เพียงแค่รู้สูตรโมเลกุลของมันเท่านั้น ทั้งนี้มูลลิเกนได้แสดงให้เห็นว่าระเบียบวิธีที่เขาพัฒนาขึ้นมานั้นสามารถทำนายสมบัติบางอย่าง เช่น โครงสร้างของโมเลกุล ที่ใกล้เคียงหรือเทียบเท่ากับที่วัดได้จริงจากการทดลอง ในเวลาต่อมาวงการเคมีจึงได้ก่อกำเนิดศาสตร์ใหม่ที่มีชื่อว่า “เคมีเชิงคำนวณ” (Computational Chemistry) ซึ่งว่าด้วยเรื่องการออกแบบโมเลกุล และทำนายสมบัติของโมเลกุลล่วงหน้า ทำให้สามารถค้นพบสมบัติใหม่ๆ และโมเลกุลใหม่ๆ ก่อนที่จะมีการสังเคราะห์ได้ด้วยซ้ำ ในเวลาต่อมาศาสตร์นี้ก็ได้แตกแขนงออกไปเป็น วัสดุศาสตร์เชิงคำนวณ (Computational Materials Science) การออกแบบยาด้วยคอมพิวเตอร์ (Computer Aided Drug Design) ชีววิทยาเชิงคำนวณ (Computational Biology) และนาโนเทคโนโลยีเชิงคำนวณ (Computational Nanotechnology) ในปัจจุบัน

ในโลกแห่งการใช้งานจริง โมเลกุลและวัสดุในอุตสาหกรรมจะมีขนาดใหญ่กว่านั้นมาก จำนวนอะตอมที่เกี่ยวข้องในการออกแบบเริ่มจากหลักสิบไปจนถึงหลักล้าน ตลอดระยะเวลา 30 ปีแห่งการพัฒนาเครื่องมือในการออกแบบโมเลกุล เราค่อนข้างโชคดีที่คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์มีพัฒนาการไปอย่างก้าวกระโดดตามกฎของมัวร์ตลอดเวลา (คอมพิวเตอร์เร็วขึ้น 2 เท่าทุกๆ 18 เดือน) ทำให้ปัจจุบันเรามีคอมพิวเตอร์ที่มีความเร็ว 1 ล้านเท่าเมื่อเทียบกับสมัยของมูลลิเกน อีกทั้งระเบียบวิธีและอัลกอริทึมที่ใช้คำนวณก็มีความสลับซับซ้อนขึ้นมาก ตลอดช่วงระยะเวลาของการพัฒนาเครื่องมือทางการคำนวณนั้น ศาสตราจารย์โพเพิล (John A. Pople) แห่งมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิน ได้บุกเบิกระเบียบวิธีเชิงคำนวณทางเคมีควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูง จนทำให้สามารถคำนวณและออกแบบโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ ทำให้เคมีเชิงคำนวณและการออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ได้บุกเข้าไปครอบครองพื้นที่ในแล็บเปียกของนักเคมีสังเคราะห์ พร้อมๆกันัน้น ศาสตราจารย์วอลเตอร์ โคห์น (Walter Kohn) แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาบาร่าได้พัฒนาทฤษฎีเดนซิตี้ฟังชันนัล ที่มีความเร็วสูงและแม่นยำ จนนำมาสู่การปฏิวัติวงการออกแบบวัสดุ ระเบียบวิธีของท่านได้กลายมาเป็นเครื่องมือมาตรฐานในการออกแบบโมเลกุล ในสาขาต่างๆ ตั้งแต่ เคมี ฟิสิกส์ ชีววิทยา ไปจนถึง เภสัชศาสตร์ และ การแพทย์