Par mūsu iespējām modelēt dabu

Kad es sāku mācīties augstskolā ķīmiju, man bija sapnis dabas procesus aprakstīt ar matemātisku vienādojumu palīdzību. Ar sajūsmu sāku mācīties kvantu ķīmiju, kuras uzdevums mums bija iemācīt, kā var matemātiski aprakstīt elektronu uzvedību. Tas bija pirmais patiesais tuvinājums manam sapnim!

Jo – ikvienas vielas īpašības nosaka tās molekula, kas sastāv no dažādiem atomiem. Atoms, savukārt, mums skolā mācīja, izskatās apmēram šādi: Slide1

Tā kodols sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un neitroniem. Neitroni tikai palielina atoma masu, bet protoni gan dod savu masu, gan pievelk negatīvi lādētos elektronus, kas pa apļiem ap atoma kodolu riņķo, un kopumā atoms ir neitrāls.  Kad viens atoms satiek citu atomu, viņi mazliet izkaujas (to sauc par ķīmisko reakciju), un viens atoms otram nosper elektronus, kļūstot negatīvi lādēts (zaglis!), un otram pietrūkst lādiņa. Apzagtais (pozitīvais), savukārt, negrib negatīvi lādēto zagli vairs laist vaļā, un ieķeras tam sānos. Un tā uz ne pārāk draudzīgiem pamatiem tiek dibināta atomu ģimene – molekula.

Universitātē, atklājās, viss ir sarežgītāk – elektrons neriņķo ap atomu pa apli, bet kā Šrēdingera kaķis te ir, te nav, un telpu, kur elektrons var atrasties, sauc par elektronu mākoni. Pasniedzējs pirmajā kvantu ķīmijas lekcijā mums atgādināja, ka elektronam ir gan daļiņas, gan viļņas īpašības (lai ko tas arī nozīmētu), un sāka rakstīt vienādojumu, kam vajadzētu aprakstīt ūdeņraža atoma elektronu mākoni, aizpildījis pilnu tāfeli ar aptuveni ko šādu:

Screen Shot 2016-02-25 at 18.26.01

Mēs nepaguruši rakstījām konstantes, mainīgos un un likām tiem iesaistīties sarežģītās matemātiskas attiecībās, lai galu galā, šie aprakstītu kaut ko šādu:

Drum vibration mode01.gif
Attēls: Oleg Alexandrov, modelēts ar  MATLAB

Nākamajā lekcijā turpinājām, un izrādās, dažas konstantes patiesībā bija jāizsaka ar sarežģītām matemātiskām formulām, un tad vēl vairāk, un vēl aizvien mīcījāmies pie ūdeņraža. Kādā lekcijā, kad aizelsušies bijām pierakstījuši visus pasniedzēja atmiņas izvirdumus formulu izskatā, izrādījās, ka viņš sākumpunktā bija kļūdījies. Viņš nodzēsa uz tāfeles sarakstīto visas lekcijas darbu, bet mēs no kladēm izplēsām pierakstītās lapas. Un tā katrā nākamajā lekcijā mēs turpinājām, un turpinājām, un es pat nezinu, vai mēs nokļuvām līdz šādam elektronu mākoņa līmenim:

Drum vibration mode23.gif
Attēls: Oleg Alexandrov, modelēts ar  MATLAB 

Es sāku šaubīties, vai mēs vispār tiksim līdz ūdens molekulas izteikšanai vienādojuma formā, jo – izrādās – atomi ir daudz cilvēcīgāki. Dibinot ģimeni, viņi nevis viens otram elektronus atņem:  viņu elektroni aizraujas kopīgā dejā, radot jauna izskata elektronu mākoņus. Es atmetu cerību, ka zinātne spēj aprakstīt aminoskābes uzvedību, nerunājot nemaz par sarežģītākām molekulām – olbaltumvielām.

Tā beidzās manas cerības dabu izteikt ar matemātisku vienādojumu palīdzību.

 

Komentēt

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Mainīt )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Mainīt )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Mainīt )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Mainīt )

Connecting to %s