计算能力解开了分子之谜

研究人员必须研究近10万张这种类型的模拟图像，才能确定是什么触发了水分子的分裂。大量的计算能力投入到了这些模拟中。

化学反应总是发生在我们周围-在我们呼吸的空气中，在我们喝的水里，在生产我们日常生活中使用的产品的工厂里。这些反应出乎意料的快。在给定的最佳条件下，分子可以在十亿分之一秒内相互反应。

工业界一直在努力实现更快更好的化工过程。制造氢，这需要分裂水分子，是一个例子。为了改善这一过程，研究人员需要知道不同的分子是如何相互作用的，以及是什么触发了这些反应。计算机模拟可以研究一亿亿分之一秒内发生的事情，因此，如果知道化学反应的顺序，或者如果引发反应的触发因素经常发生，就可以研究反应的步骤。

但实际情况往往并非如此。分子反应经常表现出不同的行为。最优的条件往往不存在，比如用于制氢的水分子，这使得即使用计算机模拟也很难对反应进行研究。

直到最近，科学家们还不知道是什么引发了水分子的分裂。然而，众所周知，水分子在分裂之前有10小时的寿命。十个小时听起来可能不是很长，但与分子时间尺度，十亿分之一秒，相比，它是相当长的。这使得确定导致水分子分裂的机制具有极大的挑战性。就像大海捞针一样。

NTNU的研究人员最近发现了一种方法来识别大海捞针。在他们的研究中，他们结合了两种以前没有一起使用过的技术。

他们研究了近10万张这种类型的模拟图像，然后才能确定是什么触发了水分子的分裂。大量的计算能力投入到了这些模拟中。通过他们的特殊方法，研究人员设法精确地模拟了水分子是如何分裂的。NTNU化学系的研究员Anders Lervik说：“我们开始查看这10，000张模拟胶片，手工分析它们，试图找出水分子分裂的原因。”

“在花了大量时间研究这些模拟电影之后，我们发现了一些有趣的关系，但我们也意识到，数据量太大了，无法手动调查所有东西。”研究人员使用机器学习的方法来发现引发反应的原因。这种方法从未用于这种类型的模拟。通过这一分析，他们发现了一小部分变量，这些变量描述了是什么引发了这些反应。

他们的发现提供了关于因果机制的详细知识，以及改进这一过程的想法。在这项研究中，为使工业化学反应更快、更有效地发生，已经迈出了重要的一步。它为提高氢气产量提供了很大的潜力。