Einstein n'était pas étranger aux défis mathématiques. Il a lutté pour définir l'énergie d'une manière qui reconnaisse à la fois la loi de la conservation de l'énergie et la covariance, qui est la caractéristique fondamentale de la relativité générale où les lois physiques sont les mêmes pour tous les observateurs.

Une équipe de recherche de l'Institut Yukawa de physique théorique de l'Université de Kyoto a maintenant proposé une nouvelle approche à ce problème de longue date en définissant l'énergie pour incorporer le concept d'entropie. Bien que beaucoup d'efforts aient été déployés pour concilier l'élégance de la relativité générale avec la mécanique quantique, un membre de l'équipe, Shuichi Yokoyama, déclare :"La solution est incroyablement intuitive."

Les équations de champ d'Einstein décrivent comment la matière et l'énergie façonnent l'espace-temps et comment, à leur tour, la structure de l'espace-temps déplace la matière et l'énergie. Cependant, la résolution de cet ensemble d'équations est notoirement difficile, par exemple pour déterminer le comportement d'une charge associée à un tenseur énergie-impulsion, le facteur gênant qui décrit la masse et l'énergie.

L'équipe de recherche a observé que la conservation de la charge ressemble à l'entropie, qui peut être décrite comme une mesure du nombre de façons différentes d'arranger les parties d'un système.

Et voilà le hic :l'entropie conservée défie cette définition standard.

L'existence de cette quantité conservée contredit un principe de physique de base connu sous le nom de théorème de Noether, dans lequel la conservation de toute quantité résulte généralement d'une sorte de symétrie dans un système.

Surpris que d'autres chercheurs n'aient pas encore appliqué cette nouvelle définition du tenseur énergie-impulsion, un autre membre de l'équipe, Shinya Aoki, ajoute qu'il est "également intrigué que dans l'espace-temps courbe général, une quantité conservée puisse être définie même sans symétrie".

En fait, l'équipe a également appliqué cette nouvelle approche pour observer une variété de phénomènes cosmiques, tels que l'expansion de l'univers et les trous noirs. Bien que les calculs correspondent bien au comportement d'entropie actuellement accepté pour un trou noir de Schwarzschild, les équations montrent que la densité d'entropie est concentrée à la singularité au centre du trou noir, une région où l'espace-temps devient mal défini.

Les auteurs espèrent que leurs recherches susciteront des discussions plus approfondies entre de nombreux scientifiques, non seulement sur la théorie de la gravité, mais aussi sur la physique fondamentale.