Энтропию системы связали со степенью сжатия информации
Оценка энтропии и свободной энергии являются ключевыми в термодинамической характеристике моделируемых систем.
Чтобы ухватить основные термодинамические свойства системы, достаточно знать две функции:
• Энтропию системы.
Где, энтропия измеряет упорядоченность элементов системы.
• Энтальпию системы.
Где, энтальпия измеряет энергию, которая необходима для поддержания ее структуры.
Чтобы оценить энтальпию, достаточно знать силу взаимодействия между компонентами системы, поэтому с вычислением этой функции обычно проблем не возникает.
В то же время, для вычисления энтропии необходимо найти вероятности, с которыми реализуются все возможные микросостояния системы (например, различные способы сворачивания белка). С увеличением размера системы сложность этой задачи быстро растет, и для больших систем ее не могут решить даже современные суперкомпьютеры.
Группа исследователей разработала метод, с помощью которого можно быстро и точно оценить энтропию системы, не прибегая к дополнительным соображениям.
В своей работе "Universal and Accessible Entropy Estimation Using a Compression Algorithm", исследователи отображали систему в одномерную строку, рассчитывали степень, до которой ее можно сжать без потерь, и отображали полученное значение в энтропию.
Энтропия системы пропорциональна степени, до которой можно без потерь сжать строку символов, полностью описывающую заданную конфигурацию.
Грубо говоря, чем больше энтропия системы, тем сложнее в ней выделить какие-либо закономерности; если же таких закономерностей нет, «ужать» информацию о системе без потерь невозможно.
Для проверки предложенного метода физики рассмотрели системы, для которых энтропию можно рассчитать аналитически.
Во всех этих случаях полученная энтропия отличалась от точного значения всего на несколько процентов (не считая постоянного сдвига):
Сравнение энтропии, рассчитанной алгоритмом для разных температур:
(a) с точной энтропией для четырехуровневой системы,
(b) модели Изинга на квадратной решетке,
(c) модели Изинга на треугольной решетке,
(d) цепочки с фиксированными концами.
/Источник/