ジョン・ポープ：コンピュータに化学を教えた男

ジョン・ポープが現れる前、分子の振る舞いを知りたい化学者は実験を行っていた。彼の登場以後、化学者はコンピュータに分子を入力し、しばしば論文発表に十分な精度の答えを得ることができた。ポープは5半世紀を費やし、水素原子に対してのみ厳密に解ける優美な理論であった量子化学を、ほとんどあらゆる対象に応用できる実用的なソフトウェアへと変貌させた。1998年、ノーベル委員会は彼が生涯を通じて数学であると主張し続けた一連の業績に対し、化学賞の半分を授与した。

サマセットからトリニティへ

ポープは1925年10月31日にサマセット州バーナム＝オン＝シーで生まれた。ブリストル・グラマースクールに通い、1943年に奨学金を得てケンブリッジ大学のトリニティ・カレッジに入学し、1946年に学士号（BA）を取得した。戦争により順調な学問の道は中断され、1945年から1947年の間はブリストル・エアロプレン・カンパニーで働いた。その後ケンブリッジに戻り、ジョン・レナード＝ジョーンズの指導の下、1951年に数学の博士号を取得した。博士論文のテーマは孤立電子対、すなわち原子上で共有されずに存在し、分子の形状や反応性の大部分を静かに決定する価電子についてであった。

彼の博士論文の業績はまた、水の統計力学的処理をも生み出し、後の評価によれば「長年にわたり標準となった」。それは特徴的な初期の兆候であった。ポープは、複雑な化学的現実に数学的構造を当てはめることのできる問題を選んだのである。

ケンブリッジ、NPL、そして西への移動

博士号取得後、トリニティ・カレッジでの研究員を経て、1954年からケンブリッジの数学部で講義を行った。1958年にはロンドンに移り、国立物理学研究所（NPL）の基礎物理部門の責任者を務めた。翌年、W・G・シュナイダーおよびH・J・バースタインとの共著『高分解能核磁気共鳴（High Resolution Nuclear Magnetic Resonance）』を出版した。この教科書は、NMRが現代の構造化学を定義する機器になりつつあったまさにその時期に出現した。

そして決定的な転換点が訪れた。1961年から1962年にかけてピッツバーグのカーネギーメロン大学でサバティカル（在外研究）を過ごしたことで、計算科学の将来がどこにあるかを確信し、1964年に同地へ完全移住した。英国籍を維持したまま、残りの人生をアメリカで過ごした。1993年にはノースウェスタン大学に移り、トラスティーズ・プロフェッサー・オブレジデント・オブ・ケミストリー（評議員教授）として死去までその職を務めた。

分子を計算可能にする

量子化学は原則としてすべての化学結合を記述する。しかし実際には、分子が数個以上の電子を含むと同時に方程式は解けなくなる。ポープの生涯の仕事は、近似の体系的構築であった。それは、手に負えないものを扱いやすくするための、理にかなった検証可能な単純化であった。

彼は、芳香族分子や共役分子の振る舞いを支配する非局在化電子であるパイ電子系のために、パリサー＝パール＝ポープ法（PPP法）を開発した。その後、1965年のCNDOおよびそれに続くINDO近似によって3次元へと領域を広げ、それぞれの近似において、ある程度の厳密さを犠牲にしながら、実際に計算できる範囲を飛躍的に拡大させた。

彼のより重大な移行はab initio（非経験的）法への方向転換であった。それは実験に合わせて調整するのではなく、第一原理から構築された計算である。スレーター型およびそれに続くガウス型軌道を用いて、彼はガウス（Gaussian）プログラム群の推進力となり、最初のリリースであるGaussian 70を共著した。Gaussianは、いかなる単一の論文にもできないことを成し遂げた。それは、量子化学理論家ではない化学者の手に量子化学を委ねたのである。それと並行して彼は「モデル化学」の概念を導入した。これは、計算手法をケースバイケースで調整するのではなく、現実に対して体系的に検証できるほど正確に定義すべきであるという主張であった。彼のグループは後にGaussian-1およびGaussian-2複合手法を開発し、複数の計算を組み合わせて実験測定値に迫る精度を実現した。

ガウス社との決裂

彼の名前を冠したソフトウェアは、彼のキャリアの中で最も醜いエピソードをも生み出した。ポープは1991年にガウス社を離れ、その余波としてポープ自身を含む著名な科学者たちがそのプログラムの使用を禁止された。この騒動は量子化学界に多大な論争を引き起こした。この分野は、このような分裂が至る所で感じられるほど十分に小さな世界であった。ポープの反応はライバルの構築であった。離脱後、彼は計算化学プログラムQ-Chemを開発した。

栄誉

受賞は1948年のメイhew賞を皮切りにキャリアを通じて続いた。1961年に王協会のフェローとなり、1970年にアーヴィング・ラングミュア賞、1988年にデーヴィ・メダル、1992年にウルフ賞化学部門を受賞した。1998年には量子化学における計算手法の功績によりウォルター・コーンと共にノーベル化学賞を受賞した。自然界の発見ではなく、自然への問いかけ方を讃えたという点で異例の受賞であった。2002年にはコプリ・メダル、2003年には大英帝国勲章ナイト・コマンダー（ナイトの称号）が授与された。

私生活

ポープは1952年にジョイ・バワーズと結婚し、彼女は2002年にがんで亡くなった。彼はクリスチャンであることを自認していた。また、生涯を通じて自分は化学者というよりも数学者であると主張し続けた。理論化学者たちはこの自己評価を丁重に受け流し、彼をむしろその分野が輩出した最も重要な人物の一人とみなしている。

死とその後

彼は2004年3月15日にシカゴで肝臓がんのため亡くなり、娘のヒラリーと息子のエイドリアン、マーク、アンデリューが遺された。2009年、遺族は彼の重要な研究が行われたカーネギーメロン大学にノーベル賞メダルを寄贈した。ブリストル・グラマースクールは彼にちなんでITルームと奨学金を命名し、ピッツバーグ・スーパーコンピューティング・センターは彼を記念してスーパーコンピュータに名を冠した。それは、機械に化学を教えた男にとって、まさにふさわしい記念碑である。