Einstein non era estraneo alle sfide matematiche. Ha lottato per definire l'energia in un modo che riconoscesse sia la legge di conservazione dell'energia che la covarianza, che è la caratteristica fondamentale della relatività generale in cui le leggi fisiche sono le stesse per tutti gli osservatori.

Un gruppo di ricerca dello Yukawa Institute for Theoretical Physics dell'Università di Kyoto ha ora proposto un nuovo approccio a questo problema di vecchia data definendo l'energia per incorporare il concetto di entropia. Sebbene sia stato fatto un grande sforzo per conciliare l'eleganza della relatività generale con la meccanica quantistica, il membro del team Shuichi Yokoyama afferma:"La soluzione è incredibilmente intuitiva".

Le equazioni di campo di Einstein descrivono come materia ed energia modellano lo spaziotempo e come a sua volta la struttura dello spaziotempo sposta materia ed energia. Risolvere questo insieme di equazioni, tuttavia, è notoriamente difficile, ad esempio per definire il comportamento di una carica associata a un tensore energia-momento, il fattore problematico che descrive massa ed energia.

Il team di ricerca ha osservato che la conservazione della carica assomiglia all'entropia, che può essere descritta come una misura del numero di modi diversi di disporre le parti di un sistema.

E c'è il problema:l'entropia conservata sfida questa definizione standard.

L'esistenza di questa quantità conservata contraddice un principio della fisica di base noto come teorema di Noether, in cui la conservazione di qualsiasi quantità deriva generalmente da un qualche tipo di simmetria in un sistema.

Sorpreso dal fatto che altri ricercatori non abbiano già applicato questa nuova definizione del tensore energia-momento, un altro membro del team, Shinya Aoki, aggiunge di essere "incuriosito anche dal fatto che in generale lo spaziotempo curvo, una quantità conservata possa essere definita anche senza simmetria".

In effetti, il team ha anche applicato questo nuovo approccio per osservare una varietà di fenomeni cosmici, come l'espansione dell'universo e i buchi neri. Sebbene i calcoli corrispondano bene al comportamento dell'entropia attualmente accettato per un buco nero di Schwarzschild, le equazioni mostrano che la densità dell'entropia è concentrata nella singolarità al centro del buco nero, una regione in cui lo spaziotempo diventa poco definito.

Gli autori sperano che la loro ricerca stimolerà una discussione più profonda tra molti scienziati non solo nella teoria della gravità ma anche nella fisica di base.