Bueno, esta pregunta ciertamente ha sacado las manivelas de la carpintería. Aquí hay un número mayor de respuestas de pseudociencia de lo habitual, el tipo de cosas que antes de Internet se escribirían en tinta verde y se enviarían a los físicos que trabajan para molestarlas.
Hay buenas razones por las que los físicos no suelen hacer preguntas de “por qué”. La principal es que conduce a una regresión infinita. ¿Porque el cielo es azul? Porque la luz del Sol, que es básicamente blanca (¿por qué? Porque es radiación de cuerpo negro. ¿Por qué …?) Tiene su componente azul más fuertemente disperso que sus componentes rojo y amarillo. ¿Porqué es eso? Porque la fuerza de interacción de dispersión es como la cuarta potencia inversa de la longitud de onda. ¿Por qué el cuarto poder, y no el tercero o el quinto? Debido a que la interacción del campo eléctrico incidente de la luz con las cargas en la atmósfera parece un oscilador armónico (dependencia cuadrática de la frecuencia) y la potencia media disipada es el cuadrado de esto (dependencia cuántica, es decir, [matemática] \ sim \ omega ^ 4 \ \ sim \ lambda ^ {- 4} [/ math]). Pero, ¿por qué la interacción se parece a un oscilador armónico? Y así. Es por qué todo el camino hacia abajo .
Sin embargo, hay una forma restringida de “por qué” que es razonable preguntar. Básicamente se basa en preguntar: “¿qué tiene la naturaleza del universo, según lo descrito por nuestras teorías y modelos, que hace que X emerja como una predicción?” En el caso de la carga eléctrica, estas son dos subpreguntas: por qué ¿Nuestras teorías predicen que debería existir una carga? ¿Por qué el cuanto de carga tiene el valor que tiene (y por qué está cuantizado)? Para deshacerse de la segunda pregunta primero: nadie lo sabe . Parece que tiene que tener un valor, pero se desconoce por qué es 160 zeptocoulomb. Este y otros parámetros gratuitos son un dolor de cabeza para nuestras teorías actuales. También se desconoce por qué solo tiene ese valor (o un tercio de ese valor en el caso de los quarks). Si las predicciones de las Grandes Teorías Unificadas de que habrá monopolos magnéticos son correctas, entonces la cuantización de la carga surge de forma bastante natural, pero nunca hemos visto monopolos magnéticos.
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La respuesta a la primera pregunta es esta: nuestro modelo actual de las interacciones entre la materia y las fuerzas es una forma de teoría cuántica de campos (QFT). Las QFT son descripciones de campos, campos de fuerza como el electromagnetismo y campos de materia (como el campo de electrones). La matemática de los QFT induce las llamadas simetrías en el campo. Las simetrías en este sentido son operaciones matemáticas en el campo que dejan ciertos aspectos sin cambios. Una buena metáfora de una simetría es una rotación en el espacio. Hay una “rotación” en algún tipo de espacio abstracto que puede, por ejemplo, convertir un protón en un neutrón. Un principio fundamental de la física (conocido como Principio de Noether) establece que por cada operación de simetría que podemos realizar en un sistema, hay una cantidad conservada correspondiente. En el caso de los protones y neutrones, esta cantidad se llama isospin . Hay una operación de simetría que podemos hacer en los campos que gobiernan el electromagnetismo. Es una llamada simetría de calibre y varía suavemente de un punto a otro en el espacio. Por el principio de Noether, esto da lugar a una cantidad conservada, y es esta cantidad la que llamamos carga eléctrica. Esencialmente, la carga eléctrica existe como consecuencia del marco matemático que usamos para describir el mundo.
La pregunta de “por qué” a continuación es “¿por qué el universo se comporta de una manera que parece ser útilmente describible por QFT?” Y eso no lo sabemos. Por lo que puedo decir, ni siquiera tenemos una vía útil para atacar un problema como ese.