Medida de la información que contienen átomos y moléculas

Amador Menéndez Velázquez es el autor principal de un original trabajo sobre la cantidad de información contenida en los átomos, los enlaces químicos y las moléculas de una red cristalina. Lo publica la revista Acta Crystallographica A, en un número especial dedicado a la Cristalografía Teórica y Matemática, correspondiente a marzo.

Basándose en la teoría matemática de la información, el investigador ha logrado cuantificar en un número la información contenida en diferentes agregados del mundo molecular, comenzando por moléculas sencillas, hasta llegar a agregados moleculares de complejidad creciente. Para poder medir la cantidad de información y trasladarla a cifras, ha tenido que hacer una abstracción del contenido de la misma y recurrir a la construcción de modelos probabilísticos.

"No siempre es trivial medir la información. Y a veces hay que hacerlo de una forma indirecta. La cristalografía nos proporciona técnicas experimentales, como la difracción de rayos X, capaces de visualizar el universo molecular, pero no existen detectores que permitan medir algo inmaterial, como es la información contenida en ese minúsculo mundo. Podemos, sin embargo, desarrollar métodos indirectos para medir la cantidad de información allí inherente, de la misma forma que es posible diseñar estrategias para estimar la inteligencia y la sabiduría de una persona", señala el investigador, que trabaja en el Instituto de Ciencias de Materiales del CSIC en Madrid. El trabajo ha contado con la colaboración de Santiago García Granda, de la Universidad de Oviedo.

La construcción de esquemas probabilísticos para estimar la información se divide en dos fases. Por una parte, se rastrean los diferentes tipos de átomos susceptibles de estar presentes en diferentes posiciones de una determinada estructura cristalina, al tiempo que se pondera la posibilidad de que eso ocurra. Examinadas esas posibilidades, se analizan entonces los diferentes tipos de enlaces posibles entre cada pareja de átomos y nuevamente se les asigna una probabilidad. La presencia de unos átomos, en detrimento de otros, y la existencia de una determinada red de enlaces, revela una información que puede ser cuantificada.

116 átomos

"Partiendo del alfabeto, podemos escoger unas determinadas letras y combinarlas entre sí de diferentes formas. Dependiendo de las letras escogidas y de la forma de combinarlas, elaboraremos diferentes mensajes que encierran una determinada información", explica el científico. "El alfabeto molecular está formado por 116 átomos. Combinándolos entre sí, podemos generar todas las sustancias que forman nuestro planeta y muchas más que nunca hemos observado", concluye.

Al construir los modelos probabilísticos, y dependiendo del tipo de compuesto, se observa que hay átomos que tienen las mismas posibilidades de estar presentes, mientras que hay algunos cuya presencia es casi segura o muy probable, y otros que apenas tienen posibilidades de existir en un determinado compuesto. Algo similar se puede decir de los enlaces. Para estimar la cantidad de información se han utilizado las formulaciones matemáticas de Hartley y/o de Shannon, dependiendo de si se ha asignado o no la misma probabilidad a las diferentes configuraciones posibles.

La investigación permite concluir que hay una gran cantidad de información almacenada en el mundo molecular, incluso en sistemas de bajo número de átomos y enlaces químicos. Conforme aumenta el número de átomos del sistema, la cantidad de información crece de forma exponencial. Además, se observa que la información en torno a los enlaces químicos es mucho mayor que la de los átomos.

El investigador explica las posibles aplicaciones de su estudio: "El conocimiento de la capacidad de almacenar información de los distintos ensamblajes de átomos y moléculas puede servir de guía para el diseño de nuevos materiales y dispositivos tecnológicos con propiedades específicas, como discos duros, ordenadores o teléfonos móviles cada vez más pequeños".