Почему: did you know?, а не you knew?

На самом деле в разговорной речи в некоторых случаях могут использоваться оба варианта, все дело в интонации (всё как в родном русском)...

Вспомогательньй глагол did не переводится, но указьiвает время в вопросительньiх и отрицательньiх предложениях.

У всех германских языков, к числу которых принадлежит английский, была в прошлом (и в некоторых сохранилась) одна особенность – образовывать вопросительное предложение путем постановки сказуемого на первое место. В современном английском такую особенность сохранили глагол be и модальные глаголы.

He was at work.
Was he at work?

Вопросительные предложения с другими глаголами в роли сказуемого когда-то тоже образовывались в английском именно так. Но в современном английском теперь по-другому. В какой-то момент, а именно в 15-16 вв. глагол do начал использоваться как заменитель смыслового глагола в кратких предложениях.

I want to help them. I do. Я хочу помочь им. Я хочу.

Эта особенность есть также, например, в шведском.
У глагола do также появилась функция вспомогательного глагола в эмфатических конструкциях.

I do want to help them. Я очень хочу помочь им.

Эта конструкция со вспомогательным глаголом do использовалась и в отрицательных предложениях.

I want not to help them. (такая отрицательная конструкция встречается еще у Шекспира)
I do not want to help them. (эмфатическая конструкция с отрицанием, использующая вспомогательный глагол do)

Затем отрицательная конструкция с глаголом do вытеснила формы отрицания без глагола do (и только be и модальные глаголы сохранили ее).

He was not at work.
He did not want to help them. (вместо He wanted not to help them.)

Причины, по которым это произошло, могут быть разными. Основная, возможно, заключается в том, что для более яркого маркирования отрицательной формы лучше подходила конструкция с глаголом do, так как ее можно было использовать в кратких ответах без самого смыслового глагола, что очень удобно. Еще одной причиной является развившийся со временем аналитизм английского языка, для которого характерно предпочтение вспомогательных лексем аффиксам и частицам. Также возможно влияние латыни (оказавшей огромное влияние на английский язык), в которой отрицательные формы императива образуются с помощью вспомогательного глагола nolo.

Lege! Читай! (латынь)
Nolo legere! Не читай! (латынь)
Read not! Не читай! (англ. до 15-16. вв.)
Do not read! Не читай! (совр. англ.)

Поскольку в современном английском синтаксическая структура отрицательного предложения связана с синтаксической структурой вопросительного предложения (и в том и в другом случае используется вспомогательный глагол – за исключением случаев, когда в качестве сказуемого используется be или модальные глаголы), вспомогательный глагол do стал играть ключевую роль при образовании вопросительных предложений.
Подробнее об истории становления вспомогательного глагола do в английском языке здесь: www.phon.ucl.ac.uk/home/dick/papers/texts/histaux.doc

Потому что "did" это уже прошедшее время.

Потому что после did всегда стоит глагол в начальной форме

"You knew?" - неверный вариант вопроса. Все вопросы требуют вспомогательных глаголов, например: "Do you know?" - вспомогательный глагол "do". Этот вспомогательный глагол используется в вопросах видовременной формы the Present Simple.

Если говорить о твоём случае, то тут используется видовременная форма the Pаst Simple, а это видовременная формула требует вспомогательный глагол "did". И, я думаю что ты заметила, что если ты задаешь вопрос: "Did you knOw?", то используется глагол в своей изначальной форме