京都大学(京大)は11月5日、
一般相対性理論が提唱された当初からの懸案だった
“一般の曲がった時空”
において、正しいエネルギーの定義を提唱したこと、
ならびに、その定義を自然に拡張することで、
宇宙全体からなる系で、
エネルギーとは異なる
別の新しい保存量が存在することを
理論的に示したことを発表した。
一般相対性理論によって、物質の質量(=エネルギー)や運動量が空間の曲がり具合を決定し、その曲がりが重力であるということが示され、それまでのニュートン力学から革新された。E=mc2の公式で知られるように、エネルギーは一般相対性理論においても中心的な概念だが、一般相対性理論は、その提唱当時から、その定義に困難な部分もあったという。
ブラックホールや星のエネルギーは時間に依存しない保存量だが、
これは「ネーターの定理」の帰結だとのことで、今回、
「対称性の存在しないような複雑に曲がった時空でも
一般座標不変性と矛盾しない形で保存量が存在するのか」
というネーターの定理を拡張する問題に挑むことにしたという。
その結果、宇宙のような全体からなる系においてそのような保存量が存在し、
その具体的な表示を与えることに成功したとした。
また、その結果を我々が存在する宇宙のような系に当てはめると、
その保存量をエントロピーと解釈することで、
熱力学第1法則を満たしていることが確かめられたとするほか、
よく知られたブラックホールに対してこの保存量を計算すると、
ごく自然な仮定の下に、「ベッケンシュタイン・ホーキングの公式」から計算される
ブラックホールエントロピーと一致することも判明したとのことで、
これらの成果から、青木教授らはこの保存量が
一般の閉じた物理系におけるエントロピーではないかと予想しているという。
https://news.mynavi.jp/article/20211108-2180875/
