Imprimir Republicar

Ciencia

Para simplificar el desorden

Un equipo de Campinas y del MIT elabora un método que facilita el cálculo de la entropía

El desorden, más que un concepto oscuro, es una cantidad física, que puede medirse, de la misma manera que el largo de un lápiz. La aparente confusión que acompaña a un prosaico café que esparce en un pocillo es la llamada entropía, actualmente calculada en computadora mediante al menos 20 diferentes abordajes. Como estas técnicas son complicadas y trabajosas, un equipo integrado por investigadores de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y del Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, creó un método más sencillo, y que lleva a los mismos resultados: es el Reversible Scaling (RS), que, de acuerdo con sus autores, llega a ser 40 veces más rápido para calcular la entropía y la energía libre para grandes intervalos de temperatura.

La energía libre es la fracción de energía contenida en un sistema físico, que puede convertirse en trabajo útil. Por ejemplo: solamente una parte de la energía química contenida en un litro de gasolina se transforma en movimiento en un automóvil. “El interés por calcular la entropía y la energía libre reside en que éstas siempre apuntan el camino por el cual la naturaleza se desarrolla espontáneamente”, dice Alex Antonelli, del Instituto de Física de la Unicamp, uno de los autores del programa, realizado en forma conjunta con su ex alumno Maurice de Koning, hoy en el MIT, y Sidney Yip, uno de los pioneros en la simulación computacional de sistemas físicos, también del MIT.

En el caso de agua que se transforma en hielo, la energía libre del agua es menor para el estado líquido que para el estado sólido a temperaturas superiores a 0° Celsius. Pero la situación se invierte a temperaturas situadas por debajo de ese nivel, ésa es la razón por la cual el agua se congela cuando se la enfría a cero grado. “El estado de menor energía libre siempre predomina”, dice el investigador. Es también un delicado balance entre la energía interna y la entropía, vale decirlo, de la energía libre? el que determina la estructura espacial de las proteínas de cualquier ser vivo.

De las células al calor de la Tierra
El método tradicional más utilizado, denominado de Integración Termodinámica, o TI, requiere entre cinco y diez simulaciones en una dada temperatura para obtener la entropía o la energía libre a esa dada temperatura. El recientemente creado RS, que cuenta con el apoyo de la FAPESP, parte de una temperatura específica, de la cual se conoce la energía libre, y la altera de manera dinámica y lenta, con una sola simulación ?de allí la ganancia de tiempo. “Nadie antes había pensado en adoptar este abordaje, pues se creía que no funcionaría”, comenta Antonelli. Imaginado por Koning, el RS tomó estado público en 1999, debido a un artículo publicado en Physical Review Letters .

Adoptado por investigadores renombrados, como el químico William Reinhardt, de la Universidad de Washington, el método tuvo también una descripción detallada en diciembre de 2001, en el Journal of Chemical Physics . En enero, Nature Materials publicó un artículo de tres páginas sobre este nuevo abordaje, firmado por Yip.El RS no es un programa de computadora, sino un método de dominio público.

Por esta razón, recuerda Antonelli, cada investigador debe adaptarlo a sus problemas específicos. Un grupo de Río Grande do Sul, por ejemplo, está interesado en utilizarlo para calcular la energía libre de los iones (las partículas atómicas cargadas eléctricamente) que atraviesan las membranas celulares. El RS puede también ser útil en el estudio de las propiedades de los materiales, cuando la simulación es el único camino. Recientemente, con un abordaje que, de acuerdo con Antonelli, podría ser hacerse en un tiempo diez veces menor con el RS, un equipo inglés estimó en alrededor de 6.500 °Celsius la temperatura del hierro líquido en el centro de la Tierra.

El Proyecto
Grupo de Propiedades Electrónicas y Estructurales de Metales y Semiconductores
MODALIDAD
Línea regular de auxilio a la investigaciónCOORDINADOR
Alex Antonelli ? Instituto de Física de la Unicamp
INVERSIÓN
R$ 25.599,18 e US$ 37.482.32

Republicar