Nova lei da física: Entropia da informação diminui com o tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/07/2022

Ao longo do tempo, os estados de informação desaparecem gradualmente devido ao auto-apagamento, reduzindo a entropia de informação do sistema.
[Imagem: Melvin M. Vopson et al. - 10.1063/5.0100358]

Segunda lei da dinâmica da informação

Ainda que já nos tenha dado coisas como novas formas de pensar sobre a computação quântica, promessas de uma computação sem consumo de energia e até um motor movido a informação, a conexão entre a termodinâmica e a teoria da informação pode ser mais profunda do que os cientistas acreditavam.

Melvin Vopson (Universidade de Portsmouth) e Serban Lepadatu (Universidade de Lancashire Central) descobriram que a segunda lei da termodinâmica, quando aplicada à informação, funciona de modo exatamente oposto à mesma lei aplicada aos fenômenos físicos comuns.

A dupla defende que é possível falar em uma "nova lei da física", que eles chamam de infodinâmica - uma segunda lei da dinâmica da informação.

Segundo os pesquisadores, a descoberta pode ter implicações maciças para desenvolvimentos futuros nas pesquisas de computação, megadados, física, cosmologia, genômica e biologia evolutiva.

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(a) Esquema de um material em estado virgem, sem informações armazenadas; (b) a palavra INFORMAÇÃO é escrita no material em código binário usando gravação magnética; e (c) a grade de estados de informação 0 e 1 criada no processo de registro da informação.
[Imagem: Melvin M. Vopson et al. - 10.1063/5.0100358]

Entropia da informação diminui

"Na física, existem leis que governam tudo o que acontece no universo, por exemplo, como os objetos se movem, como a energia flui e assim por diante. Tudo é baseado nas leis da física. Uma das leis mais poderosas é a segunda lei da termodinâmica, que estabelece que a entropia - uma medida de desordem em um sistema isolado - só pode aumentar ou permanecer a mesma, mas nunca diminuirá," contextualiza Vopson.

É esta lei que nos dá a noção de seta do tempo, a ideia de que o tempo só vai do passado para o futuro, nunca retornando, explicando porque uma xícara que se quebra nunca se "desquebra", por exemplo.

Se há uma ligação tão estreita entre a termodinâmica e a teoria da informação, seria de se presumir que a entropia da informação também se comporte do mesmo jeito, com tudo ficando cada vez mais bagunçando, nunca se ordenando de volta.

"Mas o que o Dr. Lepadatu e eu descobrimos foi exatamente o oposto - [a entropia da informação] diminui com o tempo. A segunda lei da dinâmica da informação funciona exatamente em oposição à segunda lei da termodinâmica," disse Vopson.

"Usando dois sistemas de informação diferentes, armazenamento de dados digitais e um genoma de RNA biológico, demonstramos que a segunda lei da infodinâmica exige que a entropia da informação permaneça constante ou diminua ao longo do tempo. Isso é exatamente o oposto da evolução da entropia física, conforme ditada pela segunda lei da termodinâmica," escreveu a dupla.

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Determinismo nas mutações genéticas?

Como sistema de informação biológico, a dupla analisou genomas reais do vírus Sars-CoV-2, causador da covid-19, e descobriu que sua entropia de informação diminuiu ao longo do tempo.

"O melhor exemplo de algo que sofre várias mutações em um curto espaço de tempo é um vírus. A pandemia nos deu a amostra de teste ideal conforme o Sars-CoV-2 sofria mutações em tantas variantes; os dados disponíveis são inacreditáveis. Os dados da covid confirmam a segunda lei da infodinâmica e a pesquisa abre possibilidades ilimitadas," disse Vopson.

Enquanto o consenso científico é que as mutações são aleatórias e a seleção natural estabelece quais delas prevalecerão, se a segunda lei da infodinâmica for mesmo validada em outros experimentos, passa a ser possível prever a própria seleção natural.

"Imagine olhar para um genoma específico e julgar se uma mutação é benéfica antes que ela aconteça. Isso pode ser uma tecnologia revolucionária que pode ser usada em terapias genéticas, na indústria farmacêutica, biologia evolutiva e pesquisa pandêmica," disse o pesquisador.

O impacto científico também seria enorme, já que equivaleria a retirar o "aleatório" de todas as teorias da biologia e da genética.

"Mas, e se houver um processo oculto que dirige essas mutações? Toda vez que vemos algo que não entendemos, descrevemos como 'aleatório' ou 'caótico' ou 'paranormal', mas é apenas nossa incapacidade de explicá-lo. Se pudermos começar a olhar para as mutações genéticas de um ponto de vista determinístico, podemos explorar essa nova lei da física para prever mutações - ou a probabilidade de mutações - antes que elas ocorram," propõe Vopson.

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