化學反應發生的速度迅雷不及掩耳，電子在原子核之間的跳轉不過百萬分之一秒，令人無從窺探。過去，化學家們曾利用塑料球和小棍來構建分子的模型，但現在，建模交給了計算機，設計和開展實驗都可以在計算機上完成。而這些反映真實情況、了解和預測化學反應過程的電腦程式，正是建立在2013年諾貝爾化學獎的3位得主——馬丁·卡普拉斯、麥可·萊維特和阿里耶·瓦謝勒在上世紀70年代的研究基礎之上。
當時，這三位科學家結合經典和量子物理學，設計出多尺度複雜化學系統模型，將傳統的化學實驗搬到了網絡世界。這一完美結合現實與理論的化學系統模型，為更全面了解並預測化學反應進程奠定了基礎。
畫面勝過萬語千言
利用計算機對真實生命進行模擬，讓複雜化學過程中肉眼不可見的每一個細微步驟都「歷歷在目」， 這一有助於對催化劑、藥物和太陽能電池進行優化的過程，已成為當今化學領域中大部分新研究成果成功的關鍵因素。
讓我們用一個小例子來解釋這項技術如何讓人類從中受益：如果能夠人工模擬光合作用，將能夠研製出更高效的太陽能電池；當水分子分裂，會釋出氧氣，同時產生可用於驅動車輛的氫。但這個過程的細節——當陽光照射綠葉，讓蛋白質充滿能量，整個原子結構隨之發生變化——幾乎不可能用傳統的化學方法來反映。
要了解其中的化學反應，就得知道這個充滿能量的狀態看起來是什麼樣的。這個時候就需要使用能夠逼真模擬這一過程的電腦程式了。
使用這種軟體可以計算出各種似是而非的反應途徑。這就是所謂的模擬或建模。由此你可以了解特定原子在不同階段的化學反應扮演什麼樣的角色。而當你找到一個合理的反應路徑，就比較容易開展真正的實驗，來驗證計算機正確與否。反過來，這些實驗也可以提供新的線索，使模擬更加優化。這也是為何現在的化學家們花費儘可能多的時間坐在電腦前而不是擺弄試管的原因所在。
量子化學與經典物理學攜手
那麼，被授予諾貝爾化學獎的這個電腦程式到底特殊在哪裡？
以前，科學家在電腦上模擬分子時所用的軟體，要麼基於經典的牛頓物理理論，要麼基於量子物理學。二者各有優勢，也有短板：經典理論的程序可以計算和處理大化學分子，但只能顯示處於靜止狀態的分子，這雖然讓化學家們得以很好地描述原子在分子內的定位，卻無法用來模擬化學反應，因為分子在反應過程中充滿「活力」。經典物理學對這種活躍狀態根本一無所知，這是一個嚴重的局限性。
為此，科學家們不得不轉向量子物理學，根據這種二元論，電子可以同時以粒子和波的形式存在，而薛丁格那隻隱藏在盒子中的著名的貓，可以既是活的也是死的。量子物理學摒棄了科學家的任何偏見，因而模擬更顯逼真。但不足之處是，量子理論的程序可以對化學過程進行詳細推演，卻要求具備強大的計算能力，計算機必須處理分子中每一個電子和每一個原子核。在20世紀70年代，科學家們只能進行小分子的計算，建模時也要被迫忽略與周圍環境比如溶液的相互作用，而這卻是現實生活中化學反應發生時最常見的背景。
經典物理學和量子化學是兩個完全不同的世界，而3位諾貝爾化學獎得主所做的，就是在這兩個世界之間打開了一扇門。在他們的計算機模型中，牛頓和他的蘋果與薛丁格和他的貓攜手合作了。