Medida de la informaci¨®n que contienen ¨¢tomos y mol¨¦culas

Amador Men¨¦ndez Vel¨¢zquez es el autor principal de un original trabajo sobre la cantidad de informaci¨®n contenida en los ¨¢tomos, los enlaces qu¨ªmicos y las mol¨¦culas de una red cristalina. Lo publica la revista Acta Crystallographica A, en un n¨²mero especial dedicado a la Cristalograf¨ªa Te¨®rica y Matem¨¢tica, correspondiente a marzo.

Bas¨¢ndose en la teor¨ªa matem¨¢tica de la informaci¨®n, el investigador ha logrado cuantificar en un n¨²mero la informaci¨®n contenida en diferentes agregados del mundo molecular, comenzando por mol¨¦culas sencillas, hasta llegar a agregados moleculares de complejidad creciente. Para poder medir la cantidad de informaci¨®n y trasladarla a cifras, ha tenido que hacer una abstracci¨®n del contenido de la misma y recurrir a la construcci¨®n de modelos probabil¨ªsticos.

"No siempre es trivial medir la informaci¨®n. Y a veces hay que hacerlo de una forma indirecta. La cristalograf¨ªa nos proporciona t¨¦cnicas experimentales, como la difracci¨®n de rayos X, capaces de visualizar el universo molecular, pero no existen detectores que permitan medir algo inmaterial, como es la informaci¨®n contenida en ese min¨²sculo mundo. Podemos, sin embargo, desarrollar m¨¦todos indirectos para medir la cantidad de informaci¨®n all¨ª inherente, de la misma forma que es posible dise?ar estrategias para estimar la inteligencia y la sabidur¨ªa de una persona", se?ala el investigador, que trabaja en el Instituto de Ciencias de Materiales del CSIC en Madrid. El trabajo ha contado con la colaboraci¨®n de Santiago Garc¨ªa Granda, de la Universidad de Oviedo.

La construcci¨®n de esquemas probabil¨ªsticos para estimar la informaci¨®n se divide en dos fases. Por una parte, se rastrean los diferentes tipos de ¨¢tomos 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 ¨¢tomos y nuevamente se les asigna una probabilidad. La presencia de unos ¨¢tomos, en detrimento de otros, y la existencia de una determinada red de enlaces, revela una informaci¨®n que puede ser cuantificada.

116 ¨¢tomos

"Partiendo del alfabeto, podemos escoger unas determinadas letras y combinarlas entre s¨ª de diferentes formas. Dependiendo de las letras escogidas y de la forma de combinarlas, elaboraremos diferentes mensajes que encierran una determinada informaci¨®n", explica el cient¨ªfico. "El alfabeto molecular est¨¢ formado por 116 ¨¢tomos. Combin¨¢ndolos entre s¨ª, podemos generar todas las sustancias que forman nuestro planeta y muchas m¨¢s que nunca hemos observado", concluye.

Al construir los modelos probabil¨ªsticos, y dependiendo del tipo de compuesto, se observa que hay ¨¢tomos 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 informaci¨®n se han utilizado las formulaciones matem¨¢ticas de Hartley y/o de Shannon, dependiendo de si se ha asignado o no la misma probabilidad a las diferentes configuraciones posibles.

La investigaci¨®n permite concluir que hay una gran cantidad de informaci¨®n almacenada en el mundo molecular, incluso en sistemas de bajo n¨²mero de ¨¢tomos y enlaces qu¨ªmicos. Conforme aumenta el n¨²mero de ¨¢tomos del sistema, la cantidad de informaci¨®n crece de forma exponencial. Adem¨¢s, se observa que la informaci¨®n en torno a los enlaces qu¨ªmicos es mucho mayor que la de los ¨¢tomos.

El investigador explica las posibles aplicaciones de su estudio: "El conocimiento de la capacidad de almacenar informaci¨®n de los distintos ensamblajes de ¨¢tomos y mol¨¦culas puede servir de gu¨ªa para el dise?o de nuevos materiales y dispositivos tecnol¨®gicos con propiedades espec¨ªficas, como discos duros, ordenadores o tel¨¦fonos m¨®viles cada vez m¨¢s peque?os".