Entropi, ett mått på ett systems molekylära störning eller slumpmässighet, är avgörande för att förstå ett systems fysiska sammansättning. I komplexa fysiska system, interaktionen mellan inre element är oundviklig, vilket gör entropiberäkningen till en beräkningskrävande, och ofta opraktiskt, uppgift. Tendensen för ett korrekt vikt protein att riva upp, till exempel, kan förutsägas med hjälp av entropiberäkningar.

Nu, en ny studie från Tel Aviv University föreslår ett radikalt enkelt och effektivt sätt att beräkna entropi – och det finns förmodligen på din egen dator.

"Vi upptäckte ett sätt att beräkna entropi med hjälp av en standardkomprimeringsalgoritm som zip-mjukvaran vi alla har på våra datorer, "förklarar prof. Roy Beck vid TAU:s fysik- och astronomiskola." Superdatorer används idag för att simulera vikning eller felveckning av proteiner i sjuka tillstånd. Vår studie visade att genom att använda en standardkomprimeringsalgoritm, vi kan ge nya insikter om de fysiska egenskaperna hos dessa proteiner genom att beräkna deras entropivärden med hjälp av en komprimeringsalgoritm.

"Att ha förmågan att beräkna entropi möter ett brådskande behov av att utnyttja den otroliga kraften i datasimuleringar för att hantera brådskande, tidiga problem inom vetenskap och medicin, "Tillägger prof. Beck.

Forskningen leddes av Prof. Beck och utfördes av TAU Ph.D. studenterna Ram Avinery och Micha Kornreich. Den publicerades i Fysiska granskningsbrev den 22 oktober.

Enligt professor Beck, forskningen har oändliga tillämpningar. Från biomedicinska simuleringar till grundforskning inom fysik, kemi eller materialvetenskap, den nya algoritmen skulle vara enkel att använda på vilken dator som helst.

"En gymnasieelev använde vårt koncept för att beräkna entropin i ett komplext fysiskt system - XY -modellen, "säger professor Beck." Även om detta anses vara ett utmanande problem när det gäller entropi, eleven uppnådde det med mycket lite vägledning. Detta visar hur lätt den här metoden kan användas av nästan vem som helst för att lösa mycket intressanta problem."

Idén till beräkningsmetoden kom först när Prof. Becks studenter, Avinery och Kornreich, diskuterade entropi ur informationsteorins synvinkel. De undrade hur väl denna idé skulle kunna fungera i praktiken snarare än i teorin.

"De simulerade några fysiska standardsystem med entropivärden de kan jämföra med, "säger professor Beck." Snart fann de att simuleringsdatafilens storlek efter komprimering stiger och faller precis som den förväntade entropin ska. Strax efter det, de insåg att de kunde konvertera den komprimerade filstorleken till ett användbart värde - den fysiska entropin. Förvånande, den enkla omvandlingen de använde var giltig för alla de studerade systemen. "

Forskarna utökar för närvarande tillämpningen av sin metodik till ett brett och varierat urval av system.

"Sedan vi började arbeta och prata om vårt arbete, vi har kontaktats av många forskare från mycket olika områden, be oss att hjälpa dem att beräkna entropi från sina data, "avslutar prof. Beck." För tillfället, vi koncentrerar oss på simulering av proteinvikning, ett aktuellt och brådskande ämne som kan dra enorm nytta av vår upptäckt."