Einstein was geen onbekende in wiskundige uitdagingen. Hij worstelde om energie te definiëren op een manier die zowel de wet van energiebehoud als covariantie erkende, wat het fundamentele kenmerk van de algemene relativiteitstheorie is waar fysieke wetten voor alle waarnemers hetzelfde zijn.

Een onderzoeksteam van het Yukawa Institute for Theoretical Physics van de Universiteit van Kyoto heeft nu een nieuwe benadering van dit al lang bestaande probleem voorgesteld door energie te definiëren om het concept van entropie op te nemen. Hoewel er veel moeite is gedaan om de elegantie van de algemene relativiteitstheorie te verzoenen met de kwantummechanica, zegt teamlid Shuichi Yokoyama:"De oplossing is schokkend intuïtief."

De veldvergelijkingen van Einstein beschrijven hoe materie en energie de ruimtetijd vormen en hoe de structuur van de ruimtetijd op zijn beurt materie en energie verplaatst. Het oplossen van deze reeks vergelijkingen is echter notoir moeilijk, zoals het vaststellen van het gedrag van een lading die is gekoppeld aan een energie-impulstensor, de lastige factor die massa en energie beschrijft.

Het onderzoeksteam heeft geconstateerd dat het behoud van lading lijkt op entropie, wat kan worden beschreven als een maat voor het aantal verschillende manieren om delen van een systeem te rangschikken.

En daar zit het probleem:geconserveerde entropie tart deze standaarddefinitie.

Het bestaan ​​van deze geconserveerde hoeveelheid is in tegenspraak met een principe in de basisfysica dat bekend staat als de stelling van Noether, waarin het behoud van elke hoeveelheid in het algemeen ontstaat door een soort symmetrie in een systeem.

Verbaasd dat andere onderzoekers deze nieuwe definitie van de energie-momentum tensor nog niet hebben toegepast, voegt een ander teamlid, Shinya Aoki, eraan toe dat hij "ook geïntrigeerd is dat in algemene gekromde ruimtetijd een behouden grootheid zelfs zonder symmetrie kan worden gedefinieerd."

In feite heeft het team deze nieuwe benadering ook toegepast om een ​​verscheidenheid aan kosmische verschijnselen waar te nemen, zoals de uitdijing van het heelal en zwarte gaten. Hoewel de berekeningen goed overeenkomen met het momenteel geaccepteerde gedrag van entropie voor een zwart gat van Schwarzschild, laten de vergelijkingen zien dat de entropiedichtheid geconcentreerd is op de singulariteit in het centrum van het zwarte gat, een gebied waar ruimtetijd slecht gedefinieerd wordt.

De auteurs hopen dat hun onderzoek zal leiden tot een diepere discussie tussen veel wetenschappers, niet alleen in de zwaartekrachttheorie, maar ook in de basisfysica.