Budući da se mnogi fizičari vole hvaliti da se sva kemija moze svesti na kvantnomehanička načela i principe, mene bi zanimalo koje je vaše mišljenje o daljnjem razvoju kemije kao osnovne prirodne znanosti? Hoce li napretkom tehnologije kvantna mehanika "preuzeti" ono cime se bavi kemija? Mozemo li u ISTOJ MJERI kao sto se kemija svodi na fiziku reci da se biologija moze svesti na kemiju,psihologija na biologiju,sociologija na psihologiju.... Zanima me jos i kako stoji stvar sa matematikom.Moze li se fizika svesti na matematiku ili je matematika samo jezik kojim se izražavaju fizikalni zakoni? Unaprijed zahvaljujem na odgovoru.

Ime i prezime: Matija Frenchster

 

Na vrlo slično pitanje odgovorio sam prije pola godine.

Kao što se kuće ne mogu svesti na svoje temelje (osim ako nije na djelu teška artiljerija), a drveće na svoje korijenje (osim ako nije na djelu kakav požar), tako se niti pojedine grane znanosti ne mogu svesti na one (naizgled) fundamentalnije. Poradi emergencije i kompleksnosti svaka od nama klasičnih razina bivanja (subatomska, atomsko-molekulska, supramolekulska, materijalna, živa, svjesna), iako se očito temelji na "nižoj", toliko je od nje složenija, da moramo smišljati posve nova pravila, e kako bismo opisali zakonitosti koje u njoj vladaju. K tomu, i sama ideja o razinama u biti je grubo pojednostavljenje (u tom svjetlu, najpoštenije bi bilo reći da ne postoje fizika i kemija, već da se fizika dijeli na kvantnu mehaniku, kemiju, elektriku, optiku, astronomiju itd., dok je izdvajanje kemije u zasebnu znanost pokazatelj njezinog statusa među ostalim granama fizike). Naime, stvari su koliko-toliko jednostavne ako se držimo odnosa veličine sustava i sila koje u njemu dominiraju: u jezgrama, odnosno na unutarjezgrenim razmacima, dominiraju nuklearne sile, od atomskih udaljenosti pa do nekoliko kilometara dominira elektromagnetizam, a na većim skalama gravitacija (s tim da neki fizičari šuškaju i o petoj fundamentalnoj sili). Zbog toga se ponašanje sustavâ određenih veličina može pripisati djelovanju silâ koje su u tim razmjerima dominantne, a onda tako i modelirati. Međutim, sâme sile dostaju kad se radi o malom broju čestica, s tim da račun postaje kompliciran već s tri čestice. Tipičan atom ima nekoliko do nekoliko desetaka čestica, a molekule, očito, više. Zbog toga su kvantnomehanički računi nužno aproksimativni, što će reći da će u manjoj ili većoj mjeri rezultati biti netočni. S veličinom sustava raste i mogućnost, odnosno iznos pogreške. No, sve to još izgleda krasno dok se držimo statičkih sustava. Prelaskom na dinamičke (što će reći stvarne) sustave, stvari takoreći podivljaju jer sad treba računati stanje sustava za svaku vremensku točku i k tomu pogoditi kako će ta odrediti sljedeću. Kako bi bilo računati ponašanje mozga iz vremenskih valnih jednadžbi za jezgre i elektrone, radije ne bih zamišljao.

Ipak, stvari napreduju. Prvi kvantnomehanički računi izvodili su se za pojedinačne atome i mogli su predviđati spektre. Međutim, radili su se uglavnom na papiru, tako da su pravu revoluciju priredili kompjuteri. Od njihovog dolaska do danas, teorijska kemija prošla je put od svojstava atomâ, preko svojstava molekula, zatim preko svojstava supramolekulskih sustava, pa sve do simuliranja dinamičkih sustava s tisućama molekula. Račun s velikim sustavima, naravno, ima svoju cijenu, a to je da ćemo morati aproksimirati. Koga zanimaju svojstva jedne molekule, taj će si moći dopustiti da računa raspored svih njezinih elektrona. Međutim, tko želi baratati s tisućama molekula, ili će si nabaviti računalo veličine Zemlje, ili će računati s fiksnim malim gvaljicama materije, koje se sâme ne mijenjaju (iako se stvarno mogu rastezati i svijati), već samo idu uokolo i međudjeluju s drugima. I tu smo napustili temelje. U pozadini jest kvantna mehanika, ali da bismo mogli raditi s velikim sustavom, morali smo fiksirati svojstva onog manjeg. U modeliranju supramolekulskih sustava, iako oni jesu građeni od jezgara i elektronâ, kao s temeljnim jedinicama baratamo s molekulama ili njihovim dijelovima. Slično, kad nastavljamo s veličinom sustava, odbacit ćemo i molekule i počesto se praviti da baratamo sa sferama ili kakvim već gvaljicama, a fizičari će često bez pardona računati s kontinuiranom materijom, kao da je i dalje na snazi Aristotelova doktrina. Zbog svega toga stvarnosna pozadina nekako ostaje pozadi, a svako veliko područje istraživanja u neku ruku funkcionira za sebe, dok se veze između različitih grana znanosti praktično ne ostvaruju preko zajedničkih temelja, već preko tzv. interdisciplinarnih istraživanja.

Iz te slike ne može se reći kakva će biti budućnost kemije, ali jasno je kakva neće biti. Naime, čak i kad budemo u stanju modelirati kompletne organizme, opet ćemo na kraju morati napraviti pokus, da vidimo je li naša ideja ispravna, ili smo nešto zeznuli, bilo u hipotezi, bilo u računu. A ako i nećemo raditi pokuse, napravit će se oni sami, kad budemo pokušali računalno otkriće primijeniti u industriji ili nekom drugom, eksperimentalnom, istraživanju. Ukratko, prilično sam siguran da će računanje uvijek ostati sredstvom. Naravno, vrlo korisnim sredstvom. Slično kao što "jedan tjedan u laboratoriju može uštedjeti jedan dan u knjižnici", tako će i dobro postavljeni računi pomoći da gomilu pokusâ nikad ni ne pokušamo napraviti. Jasno, takav pristup nosi rizik da tim nepokušavanjem propustimo otkriti nešto što naši računi nisu mogli predvidjeti.
Što se pak same budućnosti kemije tiče, ona svakako hoće uključivati puno više računalnog modeliranja. No, računi već sada prelaze iz statičkih u dinamičke sustave te iz pojedinačnih molekula u supramolekulske sustave. Tu modeliranje zapravo prati razvoj eksperimentalne kemije (iako stvarno ovisi o razvoju informatike). Klasična kemija, koja se bavi pojedinačnim spojevima, a napose ona koja se bavi temeljnim fenomenima ili svojstvima elemenata, uglavnom je obavila svoj posao i fokus se sad prebacio na materijale, procese u živim bićima i, općenito, interakcije na supramolekulskoj razini, kao i na transportne fenomene. U neku ruku, opet oživljava "divlja" kemija s kraja pretprošlog stoljeća, kad se proučavalo sve što se vidjelo oko sebe, ili što god se moglo zamiješati, samo što sada imamo neusporedivo moćnije uređaje kojima možemo precizno vidjeti što se događa kad nešto zamiješamo.

Matematika nije jezik, nego prije disciplina stvaranja jezikâ (barem ja ne bih rekao da su topološki deskriptori i integralni račun isti jezik). Neki od njih koriste se svakodnevno, neki drugi samo u vrlo egzotičnim granama znanosti (npr. jedan je matematičar svojoj kćerki svoje istraživanje opisao kao nešto što će se možda koristiti u astronomiji za oko stoljeće), a neki nikad neće naći primjene izvan matematike. Budući da se ne bavi prirodom, nego idejama, ona je bliža filozofiji, negoli prirodnim znanostima. Doduše, netko će tu reći da prirodne znanosti i matematika jesu dio filozofije, ili su barem od nje potekle. No, onda možemo prirodne znanosti korak po korak svesti na matematiku pa na filozofiju, filozofiju na neurologiju, neurologiju na biologiju, i dalje opet u krug pa dok nam ne dosadi.
A možemo i taj krug rastegnuti okomito kroz vrijeme i onda, umjesto sadašnjeg trenutka, gledati filozofiju/znanost kao kontinuirani proces koji traje još od vremenâ kad su naši još uvijek dlakavi i pogrbljeni preci čeprkali po zemlji da bi našli vodu ili jestivo korijenje, pentrali se po drveću da ugrabe jaja ili med, te zavidno i ustrašeno gledali lavove kako se goste antilopama. Ono što bi kroz život zapamtili, praljudi bi prenosili mlađima, baš kao i većina drugih sisavaca. Međutim, naša je vrsta "otkrila" pravila i kategorije, tako da preneseno znanje nije ostajalo na "jedi ovo, bježi od onoga", nego su se gomile informacija počele razvrstavati u one vezane za hranu, one vezane za opasnost, one vezane za ponašanje u čoporu itd. Dugo vremena sve skupa jednostavno je bilo znanje, s tim da su pojedini njegovi dijelovi odvajkada imali praktične, religijske, političke, filozofske ili prirodnjačke aspekte. Ti aspekti postupno će, kroz tisuće godina, polučiti kategorije znanja. Slično, samo puno brže, u rasponu od renesanse do modernog doba, filozofija će izlučiti prirodnu filozofiju, koja će se rascvjetati u današnje prirodne znanosti.
U tom svjetlu, pojedine znanosti samo su način na koji si organiziramo ogromnu masu informacija proizašlih iz stoljećâ istraživanja, dok stvarno postoje samo (ljudska) znatiželja i htijenje da svaku informaciju možemo jasno smjestiti među ostale. Hoćemo li neke postaviti iznad ili ispod drugih, u prvom je redu stvar ega, a tek u manjoj mjeri toga kako želimo strukturirati znanje. Jer gledamo li na pojedinu znanost kao na skup metoda kojima proučavamo određeni aspekt stvarnosti, nije nam teško zamisliti da te metode usmjerimo na neki drugi dio stvarnosti, čime dolazimo do već spomenute interdisciplinarnosti, ali i opet do toga da grane znanosti na velikoj skali funkcioniraju neodvojivo.

Kako u prethodnom mom odgovoru na ovu temu, tako ni ovdje ne mogu reći da sam posve uspio u svojoj namjeri pretvaranja slike znanosti kao kompleksnog procesa u riječi. Nadam se ipak da sam barem neke ideje opisao na dovoljno jasan način, da ćeš moći dalje samostalno promišljati. Nadam se i da će se još tkogod javiti ovdje, pa dopisati vlastite poglede na razvoj kemije i znanosti općenito, ali broj trenutno aktivnih ljudi na E-školi ne budi mi poveliku nadu.

Pozdrav,

Odgovorio: Ivica Cvrtila   i.cvrtila@rug.nl

<-- Povratak

 
Postavite pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika.

copyright 1999-2000 e_škola_________kemija