Экспериментальная химия нужна сразу по нескольким причинам: во-первых, все расчетные данные калибруются и оцениваются по экспериментальным; во-вторых, посчитанные данные необходимо проверять, так как любые заложенные в них модели несовершенны и не могут полностью описать природу; и наконец, большинство расчетных методов, включая хемоинформатику, машинное обучение и другие современные подходы, не могут предсказать феномены, которые выбиваются из общих данных и трендов.
Расчетные методы используются для двух больших направлений. Первое — это действительно сокращение количества рутинных экспериментов, большого объема однотипных трудоемких синтезов, характеризаций, тестирований свойств и так далее. Отличный пример — разработка лекарств, где сотни тысяч потенциальных молекул-кандидатов обсчитываются на компьютере и только несколько сотен или тысяч доходят то минимальных лабораторных проверок. Аналогично с предсказанием свойств материалов — двойных и тройных систем (например, сплавов металлов), где количество вариантов огромно, расчетами можно выделить наиболее перспективные составы.
Второе — это расчет отдельных процессов, механизмов и характеристик, для которых нет экспериментальных методов или они крайне сложны. Например, для характеризации колебательных спектров при экстремальных условиях очень часто применяют расчеты: они помогают понять, что конкретно произошло с системой и ее характеристиками (исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-73-00094); или для измерения термодинамических характеристик, которые показывают устойчивость фаз, что крайне важно и для лекарств, высокоэнергетических материалов и других систем.
Иногда действительно обнаруживается расхождение между расчетными и экспериментальными данными, каждые из которых многократно проверяются. Это и служит фундаментом для совершенствования методов исследования и определения границ применимости. Таким образом, многие модели и расчеты обогащаются реальными данными, увеличивают свою предсказательную силу и помогают эффективней проводить дальнейшие научные исследования.
Фото предоставлено исследователем, изображение из открытых источников
