Новая наука о жизни

3.3. Предсказание химических структур

Квантовая механика может описать в деталях элек­тронные орбитали и энергетические состояния простей­шей из всех химических систем — атома водорода. Для более сложных атомов и даже для простейших химичес­ких молекул ее методы уже не столь точны, сложность вычислений становится непреодолимой и могут исполь­зоваться только приближенные методы. Для сложных молекул и кристаллов детальные вычисления невозмож­ны, по крайней мере на практике. Структуры молекул и расположение атомов внутри кристаллов могут быть определены эмпирическим путем, химическими и крис­таллографическими методами; эти структуры действи­тельно могут быть более или менее предсказуемы хими­ками и кристаллографами на основе эмпирических законов. Но это сильно отличается от фундаментального объяснения химических структур с помощью волнового уравнения Шредингера.

Важно осознать это серьезное ограничение кван­товой механики. Конечно, она помогает достичь ка­чественного или полуколичественного понимания химических связей и некоторых аспектов кристал­лов, таких как различие между изоляторами и провод­никами. Но она, исходя из своих начальных принци­пов, не позволяет предсказать формы и свойства даже простых молекул и кристаллов. Ситуация стано­вится еще хуже для жидкого состояния, для которого до сих пор нет удовлетворительного количественного описания. И не стоит строить иллюзии относительно того, что квантовая механика может дать детальное и точное объяснение форм и свойств очень сложных молекул и агрегатов макромолекул, изучаемых био­химиками и молекулярными биологами, не говоря уже о гораздо большей сложности форм и свойств да­же простейшей живой клетки.

Сейчас настолько распространено убеждение в том, что химия может обеспечить прочное основание для механистического понимания жизни, что кажется необходимым подчеркнуть, насколько шатки основы физической теории, на которые опирается сама хими­ческая наука. По словам Лайнуса Полинга:

«Мы можем верить физику-теоретику, который говорит нам, что все свойства можно рассчитать с помощью известных методов — решения уравнения Шредингера. Однако в действительности мы видели, что за 30 лет, прошедшие с открытия уравнения Шредингера, было сделано всего лишь несколько точ­ных неэмпирических квантово-механических расче­тов свойств веществ, в которых заинтересован химик. Для получения большей части информации о свойствах веществ химик все еще должен опираться на эксперимент»[95].