¿Qué determina la simetría de un sistema físico?

Según su definición de Wikipedia, la simetría en física significa invariancia (falta de cambio) bajo transformación. Extendería esta definición y aceptaría el cambio del signo aritmético, es decir, “antisimetría” cuando más se convierte en menos y viceversa.

Cualquier tipo de transformación puede estar sujeta a simetría: reflejo en el espacio o en el tiempo, intercambio de variables, simetrías en taxonomía, …

Tomemos, por ejemplo, las ecuaciones de Maxwell en el vacío, en ausencia de cargas eléctricas (es decir, con el solo propósito de las ondas electromagnéticas). El intercambio de las variables de campo eléctrico y magnético dejaría las ecuaciones sin cambios, excepto por el signo en las ecuaciones del rotor.

El hecho de que la naturaleza haya implementado cargas eléctricas (como en los electrones) pero que nunca se hayan podido observar cargas magnéticas es una violación de la simetría en el sistema de ecuaciones de Maxwell.

Aparte de la electrodinámica, las simetrías juegan un papel importante en la física de partículas. La simetría de la materia y la antimateria es un ejemplo popular. La llamada teoría de la supercuerda (teoría de la supercadena) es otra.

La respuesta a esta pregunta es una de las más importantes en física matemática.

El teorema de Noether, descubierto por el matemático masivamente subestimado Emile Noether, afirma que cada simetría en un sistema físico se relaciona con una cantidad conservada. El artículo vinculado se explica con más detalle.

Antes de Noether, sabíamos decenas de cantidades conservadas en física: masa, energía, impulso, carga eléctrica, etc. Y sabíamos de docenas de simetrías, por ejemplo, los sistemas físicos no cambian bajo rotación.

Entonces Noether descubrió que cada simetría (que ella define) en un sistema físico corresponde exactamente a una cantidad conservada. Por ejemplo, en la mecánica clásica, la simetría rotacional implica la conservación del momento angular y viceversa.

Dos ideas completamente diferentes resultan ser la misma idea. Revolucionario. Se utiliza habitualmente en mecánica clásica, relatividad, mecánica cuántica: la conexión entre la simetría y la cantidad conservada es ahora una piedra angular de la física.

Relaciones entre los grados de libertad que caracterizan el sistema en cuestión. Si estas relaciones son tales que al aplicar alguna transformación a los grados de libertad, las cantidades físicas no cambian (incluidas las ecuaciones de movimiento), entonces esa transformación es una simetría de ese sistema. Sin embargo, si la transformación equivale a una cierta elección de los valores de los grados de libertad del sistema, pero las cantidades físicas son invariables, entonces esto se debe a que el sistema realmente tiene demasiados grados de libertad (más del número mínimo requerido para describir todo de la física); Se dice que el sistema contiene redundancias o tiene una “simetría” de calibre (aunque no es realmente una simetría en el sentido anterior, es solo una redundancia en su descripción, por ejemplo, invariancia de coordenadas generales en relatividad general)

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