ג'ון פופל: האיש שלימד מחשבים כימיה
לפני ג'ון פופל (John Pople), כימאי שרצה לדעת כיצד תתנהג מולקולה היה עורך ניסוי. אחריו, כימאי יכול היה להקליד את המולקולה לתוך מחשב ולקבל תשובה שלרוב הייתה טובה מספיק כדי לפרסמה. פופל בילה חמישה עשורים בהפיכת מכניקת הקוונטים מתאוריה אלגנטית שניתן היה לפתור במדויק רק עבור אטום המימן, לתוכנה עובדת שניתן להפנותה כמעט לכל דבר. בשנת 1998 העניקה לו ועדת פרס נובל חצי מפרס הכימיה — על גוף עבודות שעליו התעקש, עד הסוף, שהוא למעשה מתמטיקה.
מסאמרסט לטריניטי
פופל נולד ב-31 באוקטובר 1925 בברנהאם-און-סי, סאמרסט. הוא למד בבית הספר היסודי בבריסטול (Bristol Grammar School), ובשנת 1943 זכה במלגה לקולג' טריניטי (Trinity College), קיימברידג', שם קיבל תואר ראשון בשנת 1946. המלחמה קטעה את המסלול האקדמי החלק: בין 1945 ל-1947 עבד בחברת המטוסים של בריסטול (Bristol Aeroplane Company). הוא חזר לקיימברידג' והשלים דוקטורט במתמטיקה בשנת 1951 בהנחיית ג'ון לנארד-ג'ונס (John Lennard-Jones), כשהוא כותב על אלקטרונים בודדים — אותם אלקטרוני ערכיות היושבים ללא שיתוף על אטום וקובעים בשקט חלק ניכר מצורתה ומגיבויותה של מולקולה.
עבודת הדוקטורט שלו הפיקה גם טיפול מכני-סטטיסטי במים שעמד, לפי הערכות מאוחרות, כ"סטנדרט במשך שנים רבות". זה היה אות מוקדם אופייני: פופל בחר בעיות שבהן ניתן היה לכפות מבנה מתמטי על מציאות כימית מבולגנת.
קיימברידג', ה-NPL והמעבר מערבה
מלגת מחקר בטריניטי באה בעקבות הדוקטורט שלו, ומ-1954 הוא הרצה בפקולטה למתמטיקה בקיימברידג'. בשנת 1958 עבר ללונדון כדי לעמוד בראש חטיבת הפיזיקה הבסיסית של המעבדה הלאומית לפיזיקה (National Physical Laboratory). בשנה שלאחר מכן הוא חיבר במשותף, עם וו. ג'. שניידר (W. G. Schneider) וה. ג'. ברנשטיין (H. J. Bernstein), את תהודה מגנטית גרעינית ברזולוציה גבוהה (High Resolution Nuclear Magnetic Resonance) — ספר לימוד שהגיע בדיוק כשה-NMR הפך למכשיר שיגדיר את הכימיה המבנית המודרנית.
ואז הגיע השינוי המכריע. שבתון בשנים 1961–1962 באוניברסיטת קרנגי מלון (Carnegie Mellon University) בפיטסבורג שכנע אותו היכן טמון עתיד העבודה החישובית, ובשנת 1964 הוא עבר לשם לצמיתות. הוא נשאר בארצות הברית למשך שארית חייו תוך שמירה על אזרחותו הבריטית. בשנת 1993 עבר שוב, לאוניברסיטת נורת'ווסטרן (Northwestern University), כפרופסור לנאמנים לכימיה, תפקיד שהחזיק בו עד מותו.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →הפיכת מולקולות לניתנות לחישוב
מכניקת הקוונטים מתארת באופן עקרוני כל קשר כימי. בפועל, המשוואות הופכות לבלתי פתירות ברגע שמולקולה מכילה יותר מזוג אלקטרונים. עבודת חייו של פופל הייתה בנייה שיטתית של קירובים — פישוטים בני-הגנה וברי-בדיקה שהפכו את הבלתי ניתן לטיפול לבר-טיפול.
הוא פיתח את שיטת פריזר-פר-פופל (Pariser–Parr–Pople) עבור מערכות אלקטרוני פאי, האלקטרונים הלא-מקומיים השולטים בהתנהגותן של מולקולות ארומטיות ומצומדות. לאחר מכן הוא דחף לממד השלישי עם CNDO בשנת 1965 וקירובי INDO שבאו בעקבותיו, כשכל אחד מהם סחר בכמות מדודה של קפדנות עבור רווח עצום במה שניתן היה לחשב בפועל.
המהלך המשמעותי יותר שלו היה לעבר שיטות ab initio (מהעקרונות הראשונים) — חישובים שנבנו מעקרונות ראשוניים ולא הותאמו לניסוי. בעבודה עם אורביטלים מסוג סלייטר (Slater-type) ולאחר מכן גאוסיאניים, הוא הפך לכוח המניע מאחורי חבילת התוכנות גאוסיאן (Gaussian), כשהוא מחבר במשותף את Gaussian 70, המהדורה הראשונה. גאוסיאן עשתה משהו שאף מאמר בודד לא יכול היה לעשות: היא הניחה את הכימיה הקוונטית בידי כימאים שלא היו תיאורטיקנים קוונטיים. לצדה הוא הציג את המושג "כימיית מודלים" — הדרישה ששיטה חישובית תוגדר במדויק מספיק כדי להיבדק באופן שיטתי מול המציאות במקום להיות מכווננת מקרה-מקרה. הקבוצה שלו הפיקה מאוחר יותר את שיטות ה-Gaussian-1 וה-Gaussian-2 המורכבות, שתפרו מספר חישובים יחד כדי להגיע לרמות דיוק המתקרבות למדידה ניסויית.
הקרע בגאוסיאן
התוכנה שנשאה את שמו גם הפיקה את הפרק המכוער ביותר בקריירה שלו. פופל עזב את גאוסיאן ב-1991, ובעקבות זאת מדענים בולטים — פופל עצמו ביניהם — נאסרו מלהשתמש בתוכנית. הפרשה יצרה מחלוקת ניכרת בתוך קהילת הכימיה הקוונטית, תחום קטן מספיק שקרע כזה הורגש בכל מקום. תגובתו של פופל הייתה לבנות יריב: לאחר שעזב, הוא פיתח את תוכנית הכימיה החישובית Q-Chem.
תארים
ההכרות החלו מוקדם עם פרס מייהו (Mayhew Prize) בשנת 1948 ונמשכו לאורך כל הקריירה שלו: עמית בחברה המלכותית (Fellow of the Royal Society) בשנת 1961, פרס אירווינג לנגמיור בשנת 1970, מדליית דייווי בשנת 1988, ופרס וולף בכימיה בשנת 1992. בשנת 1998 הגיע פרס נובל לכימיה, בו חלק עם וולטר קון (Walter Kohn), על שיטות חישוביות בכימיה קוונטית — פרס יוצא דופן בכך שהוא לא כיבד תגלית על הטבע אלא דרך לחקור אותו. מדליית קופלי באה בעקבותיה בשנת 2002 ותואר אבירות, כאביר מפקד של מסדר האימפריה הבריטית, בשנת 2003.
האדם הפרטי
פופל נשא לאישה את ג'וי באוורס (Joy Bowers) בשנת 1952; היא נפטרה מסרטן בשנת 2002. הוא הגדיר את עצמו כנוצרי. הוא גם התעקש לאורך כל חייו שהוא יותר מתמטיקאי מאשר כימאי — הערכה עצמית שכימאים תיאורטיים סירבו בנימוס לקבל, בהתייחסם אליו במקום זאת כאחד האישים החשובים ביותר שהתחום שלהם הפיק.
מוות ואחרית דבר
הוא נפטר מסרטן הכבד בשיקגו ב-15 במרץ 2004, והותיר אחריו את בתו הילארי ובניו אדריאן, מארק ואנדרו. בשנת 2009 תרמה משפחתו את מדליית הנובל שלו לאוניברסיטת קרנגי מלון, שם נעשתה העבודה המכרעת. בית הספר היסודי בבריסטול קרא חדר מחשבים ומלגה על שמו; מרכז מחשוב-העל בפיטסבורג קרא למחשב-על על שמו — וזו, עבור אדם שלימד מכונות לעשות כימיה, האנדרטה הנכונה בדיוק.