¿Por qué el universo está gobernado por muy pocas leyes de gran generalidad en lugar de muchas leyes particulares?

No empezó de esa manera. Pero con el paso del tiempo, las personas que reflexionaron profundamente sobre las leyes físicas descubrieron gradualmente ciertos principios subyacentes muy generales que dieron lugar a un montón de leyes separadas, que luego se entendieron como casos especiales de los principios subyacentes más generales.

Este proceso se llama unificación. Los ejemplos incluyen las leyes de la electrodinámica de Maxwell y la unificación electrodébil de Weinberg/Salaam.

Otro tipo de ejemplo lo proporciona el Teorema de Noether, que es el único principio general en la raíz de todas las diferentes leyes de conservación de la física.

Comenzó de esa manera. Si hubo un comienzo. ¿Qué es el tiempo? En la Relatividad General se representa como una dimensión. Pero lo más seguro que sabemos sobre esto, nuestra teoría de la gravedad + el tiempo, es que no encaja con la mecánica cuántica, nuestra teoría de todo lo demás: nuestra mejor combinación hasta ahora, la ecuación de Wheeler-DeWitt, descubre que el tiempo se cancela. ', no es una variable. Por lo tanto, Loop Quantum Gravity y otros enfoques de la gravedad cuántica consideran el tiempo como emergente, en lugar de fundamental.

¿Qué creemos que es una dimensión? Demostrado el teorema de Noether, las dimensiones son directamente equivalentes a las simetrías continuas locales: el conjunto de leyes de conservación, el momento de la energía, etc., son las dimensiones. Entonces podemos comenzar a imaginar un universo con dimensiones emergentes: un patrón, en algo borroso, como espuma cuántica o una red de espín. Como un cristal, que se organiza simétricamente en algunas direcciones pero no en otras a medida que se enfría un líquido, y esa es exactamente la idea de la teoría E8 de Lisi . Había este sistema suave y simétrico, metafóricamente como un líquido, y las leyes de nuestro universo se 'cristalizaron', con las constantes que tiene, solo una de las muchas formas en que podría haber ido, tal vez 'sembrado' como pueden ser los cristales.

Uno de los rasgos y patrones más profundos que encontramos es el principio de incertidumbre. Permite el préstamo de un poco de energía, por un poco de tiempo, siempre que se restablezca el equilibrio. Pero podemos observar que debe aplicarse, porque si algo interesante -algo raro- sucede en esa pequeña ventana, no vuelve a ser como era. Aparece un par partícula-antipartícula, digamos. Pueden volver a aniquilar, devolviendo el agradable espacio vacío plano. Pero, puede suceder algo aún más extraño: en la ventana de incertidumbre difusa, la simetría puede 'violarse': paridad-tiempo de carga o violación de CPT en particular, porque eso hizo que lo que vemos en nuestro universo, mucho más materia que antimateria. . Así que es como esta asimetría, esta 'violación' de las cosas crujiendo ordenadamente, la forma en que el tiempo no es como las otras dimensiones (o CP&T no son todo igual), dio este gran retraso en la recuperación de la energía prestada, en lo que puede suceder (el número de estados, el tamaño del espacio de probabilidad) antes de que la complejidad se reduzca a la simplicidad, que todavía creemos que sucederá. (solo porque, las cosas cambian). Así que hay una profunda elegancia en este principio de incertidumbre: lo encontramos en todas partes y puede hacer,todo - las leyes, las partículas, las dimensiones, los patrones complicados de ellos como nuestro big bang.

En un universo atemporal, ¿qué significaría el 'comienzo'? De todos modos, es filosóficamente problemático, porque si el tiempo comenzó en eso, ¿qué significa preguntar qué sucedió antes?

Roger Penrose, cuyo camino excepcionalmente largo y variado en la física finalmente le valió recientemente un merecido Premio Nobel, tiene esta buena idea de la cosmología cíclica conforme. Sabemos que los agujeros negros eventualmente se evaporarán, creemos que los protones probablemente se descompondrán, y lo contrario de lo que convirtió el universo primitivo 'suave' en bultos de partículas, se revertirá. Solo una sopa de fotones, que creemos que no pueden desintegrarse y, señaló Penrose, que no experimentan el tiempo. Así que tenemos de nuevo un estado liso y plano de las cosas más simples, como esa metáfora de un líquido. Y CCC sugiere que eso es como el Big Bang, ¡que sabemos que explota! No es importante aquí si CCC es correcto, mi punto es qué sucede si preguntamos sobre 'antes' del Big Bang y que las personas inteligentes tienen ideas. Él'

Entonces, sin tiempo, lo que realmente tenemos es un patrón complicado, un punto que se expande y se contrae, rebotando en el vastoespacio imaginario de todos los universos posibles, de formas en que el cristal se enfría y se calienta, se complica y se vuelve simple. ¿Cuándo es más fácil de entender? Cuando está más cerca de un punto, lo más cerca de la simplicidad total: una fuerza unificada, un tipo de partícula, un portador de fuerza. Entonces, ¿qué queremos saber? El vasto espacio, de todas las probabilidades, siempre es rápidamente inmanejable para examinar. En física llamamos a ese lugar el Espacio de Hilbert, pero solo podemos trabajar realmente con ese lugar donde el número de partículas es pequeño y las interacciones muy limitadas. Sin embargo, con nuestro universo tenemos un 'trampa': sabemos dónde terminamos, qué conjunto de las 20 o más constantes fundamentales eligió el estado. Es como tratar de lidiar con todos los sonidos posibles que una cuerda de guitarra podría hacer, en lugar de analizar uno en particular.tono. Y ese tono nos puede decir todo acerca de cómo llegamos desde el lugar simple, la 'cuerda sin tocar', a este particularlugar complicado. Eso puede decirnos sobre el 'punteo', o de qué eco está resonando esta nota (por ejemplo, 'antes' del big bang), y sobre cómo este eco se extinguirá: un Gran Desgarro, muerte por calor suave, muchas opciones. Y tal vez, como en CCC, ese patrón 'final' de fotones pueda alimentar el próximo universo, tal vez así cada universo puede volverse un poco más complejo, 'sembrar' un conjunto diferente de constantes, y así es como llegamos a esto. vasto universo complejo que vemos. Y como, somos parte del universo estudiándose a sí mismo, para trabajar hacia un estado final, que generará aún más complejidad: una partitura gigante, la línea de tiempo de cada universo, una nota. Como cuando las leyes se vuelven lo suficientemente complejas, las líneas de tiempo del universo tienen mentes y hacen que las cosas sean más complejas.

En esta imagen, no es realmente cierto decir que la complejidad proviene de la simplicidad o está hecha de ella. Es solo que todos los estados están siempre conectados, una escultura multidimensional de todo lo que fue o será, y algo 'rueda'; la conciencia, el 'ahora', la información del estado, ondea alrededor del patrón, tomándose prestado de sí mismo y devolviéndoselo a sí mismo. Esta es la visión de que todo, nunca deja de ser nada (dentro de los límites de la incertidumbre). Y nada, no puedo evitar hacer todo.

Cuando tienes un conjunto de cosas e iteras lo que son, como agitar una bandeja de dados o monedas, obtendrás más resultados de los casos más simples. Para que el universo entre en un estado tan "inusual", necesitando constantes fundamentales de 20 para explicar lo que puede suceder en la ventana de incertidumbre, significa un gran espacio de Hilbert. Entonces el cristal debe haberse enfriado muchas veces con menos complejidad, la cuerda tenía ecos menos complejos. Las leyes 'simples' nos hablan de una amplia gama de otras formas en que el universo podría haber sido. Como un espacio de Hilbert, cada interacción aumenta enormemente la intratabilidad. Puede haber patrones, pero nunca podríamos verlos. Y mirando al Principio Antrópico, hay patrones , y estamos aquí y los vemos., por lo que tenía que ser que las interacciones fundamentales fueran lo suficientemente pocas, que para las interacciones simples, serían tratables. Otros posibles estados del universo, las mentes no podrían avanzar. Para eso, lo necesitamos lo suficientemente simple como para comprender las reglas con un trozo finito de materia, pero lo suficientemente complejo como para construir algo como nuestro universo, luego habrá mentes, y pueden hacer que el próximo universo sea más complejo (pero aún manejable para las mentes en o finaliza la retroalimentación).

Disculpas por no ser más conciso. Y en cuanto a la jerga restante, traté de usar la menor cantidad posible. Espero que sientas que esto al menos apunta hacia qué tipo de forma podría tomar una respuesta, cuando tenemos mejores respuestas para llenar las partes onduladas de la mano.

Me parece que hay que tener mucho cuidado al mezclar el estado del universo y la realidad objetiva sobre él (o más bien nuestra percepción de él), con nuestra comprensión de él. Para ser más claros, afirmaciones como "el universo está gobernado por un pequeño número de leyes..." o "hay una sola ley, la ley de la gravitación universal, que controla las órbitas de todos los planetas" son, sinceramente, algo sin sentido. a mi.

La "ley" no es más que nuestra descripción matemática de algo, si bien puede basarse en principios más fundamentales, es simplemente la forma en que los humanos han logrado describir, predecir, explicarse a sí mismos ciertos fenómenos en los que han detectado alguna regularidad. Las leyes de gravitación de Newton o Einstein son solo descripciones, modelos si se quiere, no hacen que los planetas se muevan de cierta manera, solo nos ayudan a describir y predecir ese comportamiento.

Preguntas como "¿por qué hay algunas leyes que describen la realidad?" son para mí mucho más preguntas sobre cómo funciona la mente humana que preguntas sobre el universo físico. Lo que creo es que tenemos cerebros que han evolucionado para preferir lidiar con altos niveles de abstracción, además de la capacidad de construir abstracciones sobre abstracciones. Una vez que tenemos eso, solo se necesita un sentido de la estética/economía del pensamiento para obtener las explicaciones más limpias posibles, en los términos más elegantes, con la menor cantidad de suposiciones posibles, etc. para cualquier fenómeno en particular.

TL;DR: No es que el universo prefiera pocas leyes, es que nuestras mentes sí. El universo es como es, independientemente de lo hábiles que seamos para describirlo.