Einstein no era ajeno a los desafíos matemáticos. Luchó por definir la energía de una manera que reconozca tanto la ley de conservación de la energía como la covarianza, 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 integrar 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 increíblemente intuitiva.

Las ecuaciones de campo de Einstein describen cómo materia 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, como determinar 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 se asemeja a la entropía, que puede describirse como una medida del número de formas diferentes de organizar partes de un sistema.

Y ahí es donde la trampa: la entropía conservada desafía esta definición estándar.

La existencia de esta cantidad conservada contradice un principio de la física fundamental 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 de tensor de energía-momento, otro miembro del equipo, Shinya Aoki, agrega que está «también intrigado por el hecho de que en el espacio-tiempo generalmente curvado, se puede definir una cantidad conservada incluso sin simetría «.

De hecho, el equipo también aplicó este nuevo enfoque para observar una variedad de fenómenos cósmicos, como la expansión del universo y agujeros negros. Si bien los cálculos corresponden bien al comportamiento actualmente aceptado de la entropía 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 una mayor discusión entre muchos científicos, no solo en la teoría de la gravedad, sino también en la física fundamental.