Исследователи переопределяют энергию, чтобы объяснить черные дыры

Группа исследователей из Института теоретической физики Юкавы при Киотском университете предложила новый подход к этой давней проблеме, определив энергию с учетом концепции энтропии. Несмотря на то, что было приложено много усилий, чтобы примирить элегантность общей теории относительности и квантовой механики, член команды Сюичи Ёкояма говорит: «Решение шокирующе интуитивно понятно».

Полевые уравнения Эйнштейна описывают, как материя и энергия формируют пространство-время и как, в свою очередь, структура пространства-времени перемещает материю и энергию. Однако решение этой системы уравнений, как известно, является трудным, например, с определением поведения заряда, связанного с тензором энергии-импульса, проблемным фактором, который описывает массу и энергию.

Исследовательская группа заметила, что сохранение заряда похоже на энтропию, которую можно описать как меру количества различных способов расположения частей системы.

И вот в чем загвоздка: сохраненная энтропия не поддается этому стандартному определению.

Существование этой сохраняющейся величины противоречит принципу фундаментальной физики, известному как теорема Нётер, согласно которому сохранение любой величины обычно возникает из-за некоторого вида симметрии в системе.

Удивленный тем, что другие исследователи еще не применили это новое определение тензора энергии-импульса, другой член команды, Шинья Аоки, добавляет, что он «также заинтригован тем, что в общем искривленном пространстве-времени сохраняющаяся величина может быть определена даже без симметрии».

Фактически, команда также применила этот новый подход для наблюдения множества космических явлений, таких как расширение Вселенной и черные дыры. Хотя расчеты хорошо согласуются с принятым в настоящее время поведением энтропии для черной дыры Шварцшильда, уравнения показывают, что плотность энтропии сосредоточена в сингулярности в центре черной дыры, области, где пространство-время становится плохо определенным.

Авторы надеются, что их исследование вызовет более глубокую дискуссию среди многих ученых не только по теории гравитации, но и по фундаментальной физике.