¿Por qué las leyes de la física no son simétricas entre izquierda y derecha, futuro y pasado, y entre materia y antimateria?

La respuesta simple es que, una explicación realmente no existe hoy .

En primer lugar, debe señalarse que las leyes básicas de las fuerzas fundamentales, a saber, la relatividad general y el modelo estándar de física, son simétricas entre el pasado y el futuro. Sin embargo, la flecha del tiempo en sí se puede entender a través de la entropía, un límite estadístico donde los sistemas proceden de configuraciones menos probables a configuraciones más probables basadas en las mismas leyes anteriores. Pero para esta ley estadística de la termodinámica, no hay asimetría en tiempo real en las leyes físicas básicas en sí.

Las fuerzas electromagnéticas son invariables con la transformación de carga (materia y antimateria). La fuerza nuclear fuerte obedece a la simetría de paridad (inversión izquierda-derecha). Realmente se sabe que la fuerza débil viola la carga y las simetrías de paridad.

También es importante tener en cuenta que las simetrías arbitrarias no pueden ser utilizadas en física simplemente porque pueden parecer estéticamente agradables .

Por ejemplo, la isotropía a gran escala del universo (o el principio cosmológico) es realmente un postulado, y no existe una forma “lógica” obvia de deducirlo de los primeros principios de algún tipo. La simetría parece ser válida, porque es lo que nos dicen las observaciones del CMBR. También es obvio que la simetría no es cierta a escalas pequeñas, porque entonces todos los puntos del universo serían exactamente idénticos en todos sus gloriosos micro detalles, lo cual no es el caso.

Las simetrías son así: verdadero o falso, como lo validan las observaciones. No existen más explicaciones fundamentales sobre por qué existen algunas simetrías y por qué algunas no.

Sin embargo, una pregunta que todavía es relevante aquí es: ¿por qué estas simetrías fundamentales (C y P) son preservadas por todas las interacciones básicas excepto las débiles?

Las infracciones de carga y simetría de paridad son un trato completamente diferente y hay pocos problemas abiertos relacionados con estas. Problemas, que esperamos sean respondidos por modelos de física más allá del Modelo Estándar, que no son esencialmente concluyentes a día de hoy. El problema del PC fuerte ( por qué la fuerza nuclear del PC es invariante ) es uno de esos problemas abiertos cruciales. Uno podría tratar de aprovechar el “principio antrópico” un poco pésimo y argumentar que sin las violaciones de la fuerza débil, nuestro universo no habría existido como es, y no habríamos existido para hacer estas observaciones. En otras partes del universo (u otros universos en un multiverso) donde la interacción débil o las violaciones no existían, las fuerzas inteligentes no estarían allí. Sin embargo, un universo débil también parece ser una posibilidad en teoría. En cualquier caso, el principio antrópico no explica mucho de lo que es verificable o satisfactorio. Además, las violaciones de la fuerza débil por sí solas parecen insuficientes para explicar la bariogénesis (el Big Bang da como resultado un exceso de materia en comparación con la antimateria), y aún hay más del rompecabezas de la PC que aún no se comprende.

En esencia, todo lo que sabemos es que existen interacciones débiles como parte del acoplamiento de electroválvulas, y que violan las simetrías C y P. Las violaciones también se entienden claramente en términos de las partículas fundamentales que constituyen las interacciones. Sin embargo, una explicación más básica de por qué las leyes se comportan de esta manera, aún está fuera de nuestro entendimiento.

Las leyes de la física tienen que ser simetría para esas tres simetrías juntas o de lo contrario suceden cosas muy malas (es decir, la relatividad especial ya no funciona). Mientras la relatividad especial sea válida, puede demostrar que las leyes de la física deben ser simétricas para CPT.

Ahora las leyes de la física no son simétricas con C, P y T tomadas por separado. Por qué es un misterio, pero la mejor explicación que he escuchado es que si las leyes de la física fueran perfectamente simétricas, entonces el universo sería este mar vacío de partículas, y tú y yo no estaríamos aquí.

Supongo que una respuesta multifacética se adaptará mejor a una pregunta multifacética. Y Arun Prasath ha elaborado muchas de las mismas respuestas que habría mencionado, pero tengo algunas ideas que añadir.

Primero debo decir que, el universo y las leyes que lo crean, no tienen igual en su belleza pura, ilimitada, preciosa y misteriosa. Voy a usar una analogía aquí: un diamante o una gema preciosa no contiene sino un cierto subconjunto de simetría total, las flores más bellas contienen otro conjunto. Algunas de estas simetrías (cercanas) están a nuestro alrededor y solo se hacen visibles después de millones o miles de millones de años, lo que las hace maravillosas por derecho propio, como los anillos de Saturno o los escalones en espiral del ADN.

No soy físico, pero estoy bastante bien leído en el tema y creo que entiendo casi todo y lo que no sé sobre lo que sigo aprendiendo. Este universo tal como lo entiendo, con SpaceTime, nunca habría existido (como sabemos) sin la “ruptura” de la simetría.
Por ejemplo, toda la materia y energía en el universo es el resultado de una simetría bariónica desequilibrada entre la materia y su contraparte. Ya sea que exista o no la simetría “menor” de Baryonic SpaceTime, no hay forma de saber o refutar directamente este o cualquier otro hecho fuera del “cono de luz” de nuestra vida sin una comprensión íntima de las leyes que no solo describen lo que podemos ver sino lo que creó y ponerlo en movimiento.

En términos simples, eso significa que no sabemos si el Big Bang está precedido y seguido por una inversión de tiempo en una versión antimateria de nosotros mismos (Big Bounce) o si el Big Bang en nuestro universo fue / es un agujero negro en otro y / o ambos.

Cuando se trata de simetría, generalmente no existe una simetría tan fuerte como, por ejemplo, una simetría izquierda y una derecha. La simetría debe existir junto con su protocolo izquierdo o derecho (rotacional, polar, quiral …) De hecho, en los mejores términos que puedo presentar actualmente, las combinaciones únicas de estos tipos de simetrías, y sus valores a lo largo de izquierda y derecha y arriba y abajo y cerca y lejos de hace mucho tiempo y para siempre estas firmas simétricas en todas partes de nuestras vidas que nos definen, pero sin la falta de simetría declarada coexistiendo de tal manera que no veríamos las líneas de facetas en el diamante, o la hermosa reflejo rojo y violeta de una puesta de sol en él, y es, según tengo entendido, de esta manera que existimos en este universo hermoso, maravilloso y misterioso.