أينشتاين يتجه أخيرًا إلى ميكانيكا الكم؟ فريق البحث يعيد تعريف الطاقة لشرح الثقوب السوداء

لم يكن أينشتاين غريباً عن التحديات الرياضية. لقد كافح من أجل تعريف الطاقة بطريقة تعترف بكل من قانون الحفاظ على الطاقة والتغاير ، وهي السمة الأساسية للنسبية العامة حيث تكون القوانين الفيزيائية هي نفسها لجميع المراقبين.

اقترح فريق بحثي في ​​معهد يوكاوا للفيزياء النظرية بجامعة كيوتو نهجًا جديدًا لهذه المشكلة طويلة الأمد من خلال تحديد طاقة لدمج مفهوم غير قادر علي. على الرغم من بذل قدر كبير من الجهد في التوفيق بين أناقة النسبية العامة وميكانيكا الكم ، يقول عضو الفريق شويتشي يوكوياما: “الحل بديهي بشكل مثير للصدمة”.

تصف معادلات المجال لأينشتاين كيف موضوع وشكل الطاقة وقت فراغ وكيف يحرك هيكل الزمكان بدوره المادة والطاقة. ومع ذلك ، فإن حل هذه المجموعة من المعادلات صعب للغاية ، مثل تحديد سلوك الشحنة المرتبطة بموتر زخم الطاقة ، وهو العامل المزعج الذي يصف الكتلة والطاقة.

لاحظ فريق البحث أن حفظ الشحنة يشبه الانتروبيا ، والتي يمكن وصفها بأنها مقياس لعدد الطرق المختلفة لترتيب أجزاء من النظام.

وهناك مشكلة: الأنتروبيا المحفوظة تتحدى هذا التعريف القياسي.

يتعارض وجود هذه الكمية المحفوظة مع مبدأ في الفيزياء الأساسية يُعرف باسم نظرية نويثر ، حيث ينشأ الحفاظ على أي كمية بشكل عام بسبب نوع من تناظر في النظام.

مندهشًا من أن الباحثين الآخرين لم يطبقوا بالفعل هذا التعريف الجديد لموتّر زخم الطاقة ، يضيف عضو آخر في الفريق ، شينيا أوكي ، أنه “مفتون أيضًا أنه في الزمكان المنحني بشكل عام ، يمكن تحديد الكمية المحفوظة حتى بدون تناظر.”

في الواقع ، طبق الفريق أيضًا هذا النهج الجديد لملاحظة مجموعة متنوعة من الظواهر الكونية ، مثل توسع الكون و الثقوب السوداء. بينما تتوافق الحسابات جيدًا مع السلوك المقبول حاليًا للإنتروبيا لثقب أسود من نوع Schwarzschild ، تُظهر المعادلات أن كثافة الكون تتركز عند التفرد في مركز الثقب الأسود ، وهي منطقة يصبح فيها الزمكان ضعيف التعريف.

يأمل المؤلفون أن تحفز أبحاثهم مناقشة أعمق بين العديد من العلماء ليس فقط في نظرية الجاذبية ولكن أيضًا في الفيزياء الأساسية.