Einstein no era ajeno a los desafíos matemáticos. Luchó por definir la energía de una manera que reconociera la ley de conservación y covarianza de la energía, que es la característica fundamental de la relatividad general, donde las leyes físicas son las mismas para todos los observadores.

Un equipo de investigación del Instituto Yukawa de Física Teórica de la Universidad de Kyoto ha propuesto ahora un nuevo enfoque a este problema de larga data al definir energía incorporar el concepto de entropía. Si bien se ha realizado un gran esfuerzo para reconciliar la elegancia de la relatividad general con la mecánica cuántica, el miembro del equipo Shuichi Yokoyama dice: «La solución es sorprendentemente intuitiva».

Las ecuaciones de campo de Einstein describen cómo cuidado y forma de energía Tiempo espacial y cómo, a su vez, la estructura del espacio-tiempo mueve materia y energía. Sin embargo, resolver este conjunto de ecuaciones es notoriamente difícil, al igual que definir el comportamiento de una carga asociada con un tensor de energía-momento, el factor problemático que describe la masa y la energía.

El equipo de investigación observó que la conservación de la carga es similar a la entropía, que puede describirse como una medida del número de formas diferentes de organizar las partes de un sistema.

Y aquí está el problema: la entropía conservada desafía esta definición estándar.

La existencia de esta cantidad conservada contradice un principio de la física básica conocido como teorema de Noether, en el que la conservación de cualquier cantidad suele surgir debido a algún tipo de simetría en un sistema.

Sorprendido de que otros investigadores aún no hayan aplicado esta nueva definición del tensor de energía-momento, otro miembro del equipo, Shinya Aoki, agrega que está «también intrigado porque en el espacio-tiempo curvo general, una cantidad conservada se puede definir incluso sin simetría».

De hecho, el equipo también ha aplicado este nuevo enfoque para observar una variedad de fenómenos cósmicos, como la expansión del universo y agujeros negros. Si bien los cálculos se corresponden bien con el comportamiento de entropía actualmente aceptado para un agujero negro de Schwarzschild, las ecuaciones muestran que la densidad de entropía se concentra en la singularidad en el centro del agujero negro, una región donde el espacio-tiempo se vuelve mal definido.

Los autores esperan que su investigación estimule discusiones más profundas entre muchos científicos, no solo en la teoría de la gravedad sino también en la física básica.