Джон Энтони Попл

Краткая биография

Жизнь и работа

Джон Энтони Попл родился 31 октября 1925 года в Бёрнем-он-Си в английском графстве Сомерсет. В юности он особенно увлекался математикой и поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. Его докторская работа была математической по характеру, но научная карьера постепенно сместилась к проблеме, которая находилась между математикой, физикой и химией: как рассчитывать свойства реальных молекул из законов квантовой механики.

Теоретически задача выглядела понятной. Уравнение Шрёдингера задаёт правила движения электронов и ядер, а значит, в принципе должно позволять вычислять строение молекулы, её энергию и химические свойства. Практически точное решение быстро становилось невозможным уже для сравнительно небольшого числа электронов. Химикам требовались разумные приближения, алгоритмы и способы оценивать точность результата.

Попл сделал своей главной задачей создание не одной отдельной формулы, а целой вычислительной системы. Он развивал методы молекулярных орбиталей, способы представления электронных волновых функций через наборы гауссовых функций и последовательные уровни приближения, позволяющие обменивать вычислительную стоимость на точность.

Особенно важным был принцип стандартизации. Теоретический расчёт полезен химикам только тогда, когда известно, насколько ему можно доверять и можно ли воспроизвести его для множества разных молекул. Попл и его коллеги создавали наборы методов и базисных функций, которые можно было последовательно тестировать на известных экспериментальных данных.

В конце 1960-х годов эта методология была воплощена в компьютерной программе Gaussian. Первая широко известная версия, Gaussian 70, сделала квантово-химические расчёты значительно доступнее для исследователей, которые не были специалистами по программированию. Пользователь задавал молекулу и тип расчёта, а программа выполняла сложную математическую работу и возвращала предсказания геометрии, энергии, распределения электронной плотности и других свойств.

Это изменило роль теории в химии. Компьютерный расчёт мог не только объяснять уже выполненный эксперимент, но и помогать выбирать между возможными структурами, оценивать устойчивость соединений и исследовать реакционные пути до синтеза вещества. Со временем вычислительная химия стала самостоятельной и массовой областью исследований.

Попл продолжал развивать более точные методы учёта электронной корреляции и так называемые составные модельные химии, в которых результат строился из нескольких согласованных уровней расчёта. Многие введённые его группой базисные наборы и обозначения десятилетиями оставались стандартными в квантовой химии.

В 1998 году Попл получил половину Нобелевской премии по химии «за развитие вычислительных методов в квантовой химии». Вторую половину получил Вальтер Кон за развитие теории функционала плотности. Эти работы представляли два разных, но взаимодополняющих пути к одной цели — сделать квантовую механику пригодной для расчёта реальных молекул.

Попл умер 15 марта 2004 года в Чикаго. Его вклад хорошо показывает, что научная революция может состоять не только в открытии нового природного явления. Иногда решающим становится превращение фундаментальной теории в надёжный рабочий инструмент, которым могут пользоваться тысячи исследователей.