Einstein conhecia bem os desafios matemáticos. Ele lutou para definir energia de uma forma que reconhecesse a lei de conservação e covariância de energia, que é a característica fundamental da relatividade geral onde as leis físicas são as mesmas para todos os observadores.
Uma equipe de pesquisa do Instituto Yukawa de Física Teórica da Universidade de Kyoto propôs agora uma nova abordagem para este problema de longa data, definindo a energia para incorporar o conceito de entropia. Embora muito esforço tenha sido feito para reconciliar a elegância da relatividade geral com a mecânica quântica, o membro da equipe Shuichi Yokoyama diz: “A solução é surpreendentemente intuitiva.”
As equações de campo de Einstein descrevem como a matéria e a energia moldam o espaço-tempo e como, por sua vez, a estrutura do espaço-tempo move a matéria e a energia. Resolver esse conjunto de equações, no entanto, é notoriamente difícil, como definir o comportamento de uma carga associada a um tensor de energia-momento, o fator problemático que descreve massa e energia.
A equipe de pesquisa observou que a conservação de carga se assemelha à entropia, que pode ser descrita como uma medida do número de maneiras diferentes de organizar as partes de um sistema.
E aí está o problema: a entropia conservada desafia essa definição padrão.
A existência dessa quantidade conservada contradiz um princípio da física básica conhecido como teorema de Noether, no qual a conservação de qualquer quantidade geralmente surge devido a algum tipo de simetria em um sistema.
Surpreso que outros pesquisadores ainda não tenham aplicado esta nova definição do tensor de energia-momento, outro membro da equipe, Shinya Aoki, acrescenta que ele está “também intrigado que no espaço-tempo curvo geral, uma quantidade conservada pode ser definida mesmo sem simetria.”
Na verdade, a equipe também aplicou essa nova abordagem para observar uma variedade de fenômenos cósmicos, como a expansão do universo e os buracos negros. Enquanto os cálculos correspondem bem ao comportamento atualmente aceito de entropia para um buraco negro de Schwarzschild, as equações mostram que a densidade de entropia está concentrada na singularidade no centro do buraco negro, uma região onde o espaço-tempo se torna mal definido.
Os autores esperam que sua pesquisa estimule discussões mais profundas entre muitos cientistas, não apenas na teoria da gravidade, mas também na física básica.
Publicado em 18/12/2021 09h50
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