Физики попытались переопределить энергию с помощью энтропии и объяснить чёрные дыры

Исследовательская группа из Института теоретической физики имени Юкавы при Киотском университете предложила новый подход к решению интересной задачи, связанной с общей теорией относительности, определив энергию с учетом энтропии.

Unsplash

Эйнштейн пытался определить энергию таким образом, чтобы признать фундаментальное свойство теории относительности — одинаковость законов для всех наблюдателей.

Уравнения Эйнштейна описывают, как материя и энергия формируют пространство-время и как структура пространства-времени перемещает материю и энергию. Решение этого набора уравнений печально известно своей сложностью. Однако исследователи заметили, что заряд в некотором роде напоминает энтропию, которую можно описать как меру неупорядоченности системы — а точнее, количество различных способов расположения частей системы.

В чем загвоздка: существование закона сохранения заряда мы не ставим под сомнение, однако сохранение энтропии противоречит теореме Нетер — фундаментальному принципу, согласно которому сохранение любой величины обычно возникает из-за некоторой симметрии в системе. Получается, что в искривленном в общем случае пространстве-времени даже при отсутствии симметрии может быть определена сохраняющаяся величина.

Команда применила этот подход для наблюдения различных космических явлений — например, для расширения Вселенной и для наблюдения черных дыр. И пускай расчеты хорошо согласуются с принятым в сообществе на сегодня поведением энтропии для черной дыры Шварцшильда, из уравнений можно сделать интересный вывод — плотность энтропии сосредоточена в сингулярности в центре черной дыры. В сингулярности пространство-время становится плохо определенным.

Исследование опубликовано в журнале International Journal of Modern Physics A.