Einstein no era ajeno a los desafíos matemáticos. Luchó por definir la energía de una manera que reconociera tanto la ley de la 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 enfoque novedoso para este problema de larga data al definir la energía para incorporar el concepto de entropía. Aunque 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 asombrosamente intuitiva".

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

El equipo de investigación ha observado que la conservación de la carga se parece a la entropía, que puede describirse como una medida del número de formas diferentes de organizar las partes de un sistema.

Y ahí 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 el teorema de Noether, en el que la conservación de cualquier cantidad generalmente surge 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-momentum, otro miembro del equipo, Shinya Aoki, agrega que "también le intriga que, en general, en el espacio-tiempo curvo, una cantidad conservada pueda definirse incluso sin simetría".

De hecho, el equipo también ha aplicado este enfoque novedoso para observar una variedad de fenómenos cósmicos, como la expansión del universo y los 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 pobremente definido.

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