O resultado de um experimento depende de onde ele é feito?
A bancada lança uma bola a 10 m/s, 45° acima do chão, e dois laboratórios medem o mesmo voo. O A pôs a origem dos seus eixos no ponto de lançamento. O B pôs a dele 8 m adiante e 2 m acima, num lugar que se pode mudar arrastando o círculo magenta. Meio segundo depois do lançamento, o A anota a bola em (3,54; 2,31) m e o B em (−4,46; 0,31) m, e os dois estão certos sem concordar em número nenhum.
O que eles têm em comum aparece nas diferenças. Entre duas linhas seguidas das tabelas, separadas por 0,25 s, a bola avança 1,77 m na horizontal para o A e 1,77 m para o B, e o mesmo acontece na vertical, porque a origem de B entra nas duas posições e desaparece na subtração. Divididas pelo intervalo, essas diferenças dão a velocidade média em cada trecho, que por isso é a mesma nos dois laboratórios. O Δy encolhe cerca de 0,61 m de uma linha para a seguinte, nas duas tabelas, e essa é a marca da gravidade, uma aceleração que os dois também medem igual.
Com a mesma aceleração, a mesma massa e as mesmas forças, a lei \(F = ma\) que vale para o A vale para o B na mesma forma, só com outras letras nas coordenadas. Nenhum experimento de mecânica pode, assim, apontar a origem verdadeira do espaço, porque não há uma; a aula de ensino médio sobre referenciais usa essa liberdade sempre que escolhe o zero onde as contas ficam mais simples.
laboratório A laboratório B trajetória velocidade
Os físicos chamam isso de simetria, num sentido que Feynman toma de Hermann Weyl. Chama-se simétrico aquilo que sai de uma operação sem que se possa dizer que ela foi feita. A operação desta bancada é levar a origem para outro ponto, uma translação, e o que fica sem diferença são as leis do movimento. Diz-se então que as leis da mecânica são invariantes por translação.
A simetria é das leis, e não das coisas. Um prédio no alto de um morro não é o mesmo que um prédio à beira-mar, e uma bola lançada da beira de um penhasco cai mais que a da bancada, porque o chão não está onde estava. Para que a experiência se repita igual em outro lugar, é preciso levar junto tudo o que age sobre ela, e no lançamento da bancada isso inclui o chão e a Terra que a puxa.
No Feynman: §11-1 Symmetry in physics ↗ · §11-2 Translations ↗
Para conversar
- Arraste a origem de B para outro ponto. Que colunas da tabela de B mudam? Quais continuam iguais às da tabela de A?
- Leve a origem de B até o ponto de lançamento. O que acontece com as duas tabelas e com os quadros embaixo da bancada?
- Com 15 m/s e 75°, quanto o Δy encolhe de uma linha para a seguinte? Por que agora o número é outro, e por que ele é o mesmo em A e em B?
- Há algum lugar para a origem de B em que a velocidade da bola fique diferente da que o A mede?