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量子化学与计算化学的哲学问题
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量子化学与计算化学的哲学问题 1927年，海特勒和伦敦成功地用量子力学方法处理了冠分子，l 928年，美籍中国物理学家王守敬提出了原子轨道收缩的概念，1931年罗森又引入了极化轨道，1933年伯姆引入了离子项波函数，从而逐步使量子化学完善起来了。 但是，量子化学不是量子力学简单地在化学中应用，原因很简尔，从原则上说，量子力学只解决l一2个粒子的运动情况，对于相互联系的3个以上的粒子的运动，只要它们之间的相互作用不能忽略掉(严格说是不可能忽略掉的)，量子力学就无法预言它们以后的行为。量子化学则不向，它要处理复杂的分子体系，而所有的分子都是三体以上的相互作用，为了使得这些问题近似地解决，不得不采用一些理想化方法，如把分子轨道中近似的用原子轨道来线性组合(LcAo)这种把本来是非线性的实际情况，近似地用线性组合来解决，本身就是极为粗粮的近似，再加，用休克尔(Huckel)分子轨道法，处理共扼分子(HMo法)也遇到同样的情况。就其科学思想而言，就是把非线性化为线性、把非加合性化为加合性，其基点仍然是 经典力学的思想，其实，经典力学所能解决的问题是极为有限的，特别是三体以上相互作用的复杂问题。无论是宏观上还是微观上，三体以上的问题至今都末得到解决，对有复杂相互作用的微观分子，现在的解决方式。只是一种不得已而为之的粗浅的方式，因此，它的结果是不精确的。量子力学对这种不精确结果只能置于逻辑上合理性的解决范围。量子化学则不然，它可以反复与实验相对照。无论是HMo法还是“从头计算”都以“近似加经验”的办法来完成，这是量子化学不同于量子力学的根本特征。 把计算机引用于化学研究以后，逐步产生了计算化学的新分枝，计算机不仅用于化学计算同时用于化学模拟，因而人们形象地把计算化学称为“无试剂化学”。当然，这一新分支还是不成熟的，它能解决的问题也是极为有限的。但是我们从中看到了希望，起码它的计算和模拟将可以减轻化学家的劳动。 近数十年来，有关物质结构与功能的资料大量积累了起来，这就有可能用电子计算机人工智能的方法总结经验，象设计房屋、衣服那样，设计出新的分子，从而取得人们所需要的功能，这种方法被称为分子设计。 目前，人们已特许多化合物的性质存入数据库，可用人二智能的方法，在已知的化合物的物理化学们顺检索的基础上，预报未知，为设计有特定性质的化合物提供线索。内于电子计算机可从不同的角度，举一反互地提供有用信息，这就可以帮助人们在研究时，减少盲目性，做到事半功倍。 当前分子设计字要集中在药物分子设计和材料分子设计两方面。化学家们用量子化学方法研究各种药物的结构与功能的关系，用电子计算机寻找分子各种参数和药效的定量关系，为合成有特效的药品提供线索，这是化学家们正在努力研究的课题。材料设计是分子设计的另一重要领域。新技术革命中，材料是个十分重要的支柱，没有合适的材料任何人工自然制品都是完不成的，特别是在尖端技术中，迫切需要有各种特定性能的新材料。现在，人们用电子计算机和大型数据库的帮助，有目的地对新材料进行探索，依靠电子计算机的帮助和提供的线索，人们可以减少对新材料探索的盲目性，设计出人们所需要的新材料。 从人类仅知道利用天然的化学物质，到摸索着合成新的化学物质，再到有目的的进行分子设计，这标志着人类在微观分子层次上从必然走向自由的过程。完全可以预见，在下一个世纪，人们将设计出许多有特定功能的分子，创造出大量自然界所没有的物质形态。 原文出处：曾近义的《自然辩证法总论》 |
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