Entropia, uma medida da desordem molecular ou aleatoriedade de um sistema, é fundamental para compreender a composição física de um sistema. Em sistemas físicos complexos, a interação de elementos internos é inevitável, tornando o cálculo de entropia um processo computacionalmente exigente, e muitas vezes impraticável, tarefa. A tendência de uma proteína devidamente dobrada se desfazer, por exemplo, pode ser prevista usando cálculos de entropia.

Agora, um novo estudo da Universidade de Tel Aviv propõe uma maneira radicalmente simples e eficiente de calcular a entropia - e provavelmente existe em seu próprio computador.

"Descobrimos uma maneira de calcular a entropia usando um algoritmo de compressão padrão como o software zip que todos temos em nossos computadores, "explica o Prof. Roy Beck da Escola de Física e Astronomia da TAU." Os supercomputadores são usados ​​hoje para simular o dobramento ou dobramento incorreto de proteínas em estados de doença. Nosso estudo demonstrou que, usando um algoritmo de compressão padrão, podemos fornecer novos insights sobre as propriedades físicas dessas proteínas, calculando seus valores de entropia usando um algoritmo de compressão.

"Ter a capacidade de calcular a entropia atende a uma necessidade urgente de aproveitar o incrível poder das simulações de computador para lidar com questões urgentes, problemas oportunos na ciência e na medicina, "Prof. Beck acrescenta.

A pesquisa foi liderada pelo Prof. Beck e conduzida pelo TAU Ph.D. alunos Ram Avinery e Micha Kornreich. Foi publicado em Cartas de revisão física em 22 de outubro.

De acordo com o Prof. Beck, a pesquisa tem infinitas aplicações. De simulações biomédicas a pesquisas básicas conduzidas em física, química ou ciência dos materiais, o novo algoritmo seria simples de usar em qualquer computador.

"Um estudante do ensino médio usou nosso conceito para calcular a entropia de um sistema físico complexo - o modelo XY, "diz o Prof. Beck." Embora este seja considerado um problema desafiador no que diz respeito à entropia, o aluno o realizou com muito pouca orientação. Isso demonstra a facilidade com que esse método pode ser usado por quase qualquer pessoa para resolver problemas muito interessantes. "

A ideia do método computacional surgiu quando os alunos do Prof. Beck, Avinery e Kornreich, discutido entropia do ponto de vista da teoria da informação. Eles se perguntaram se essa ideia funcionaria bem na prática, e não na teoria.

"Eles simularam alguns sistemas físicos padrão com valores de entropia que podem ser comparados, "diz o Prof. Beck." Logo eles descobriram que o tamanho do arquivo de dados da simulação após a compressão aumenta e diminui exatamente como deveria acontecer com a entropia esperada. Pouco depois disso, eles perceberam que poderiam converter o tamanho do arquivo compactado em um valor utilizável - a entropia física. Surpreendentemente, a conversão simples que eles usaram foi válida para todos os sistemas estudados. "

Os pesquisadores estão atualmente expandindo a aplicação de sua metodologia a uma ampla e variada seleção de sistemas.

“Desde que começamos a trabalhar e a falar sobre nosso trabalho, temos sido abordados por muitos pesquisadores de áreas muito diferentes, nos pedindo para ajudá-los a calcular a entropia de seus dados, "conclui o Prof. Beck." Por enquanto, estamos nos concentrando na simulação do enovelamento de proteínas, um tópico oportuno e urgente que pode se beneficiar tremendamente de nossa descoberta. "