Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Gbur Gregory J.

Физики с давних пор печально известны тем, что пытаются решать задачи путем упрощения их до такой степени, что они приобретают до нелепости неузнаваемый вид. Среди студентов-физиков с давних времен бытует шутка о том, что физик начинает моделирование коровы с фразы: «Для простоты представим себе, что корова имеет сферическую форму в вакууме». Паран в своей работе сделал почти буквально подобное упрощение, предложив рассматривать падающую кошку как парящую в воздухе сферу.

Объяснение Парана – первоначальный источник, более или менее, тех рассуждений, которые Уильям Гордон Стейблс и другие кошколюбы будут повторять полтора с лишним столетия спустя: кошка выгибает спину, выталкивая свой центр тяжести выше некоторой поворотной точки, в результате чего, качнувшись, возвращается в правильную позицию. Стейблс очень неопределенно

говорит о том, относительно какой, собственно, точки кошка, предположительно, должна поворачиваться; в первоначальных рассуждениях Парана, однако, мы видим, что кошка, видимо, переворачивается вокруг точки, которую мы могли бы назвать точкой приложения выталкивающей силы.

Рассуждения эти неверны. Да, действительно, воздух обладает выталкивающей силой, благодаря которой, к примеру, взлетают вверх, если их отпустить, наполненные гелием шарики. Но для кошек и людей эта сила пренебрежимо мала в сравнении с силой тяжести: мы, люди, в повседневной жизни не поднимаемся вдруг в воздух и не начинаем беззаботно плавать в нем. Кошка переворачивается в воздухе за долю секунды; чтобы это произошло за счет выталкивающей силы, две действующие на нее противоположные силы должны быть примерно одинаковы по величине.

Тем не менее интересно отметить, что рассуждения Парана работают – более или менее – в отношении падающих людей, хотя там переворот происходит не за счет выталкивающей силы, а за счет силы ветрового сопротивления. Парашютист, падающий с высокой скоростью, испытывает на себе действие мощной направленной вверх силы ветрового сопротивления; при равновесной скорости ветровое сопротивление в точности уравновешивает силу тяжести. Стабильным для парашютиста, совершающего затяжной прыжок, является такое положение тела, при котором его живот обращен к земле, а спина прогнута. При такой позиции центр тяжести парашютиста находится в нижней его точке. Парашютисту, случайно оказавшемуся в прыжке в положении спиной вниз, стандартные инструкции предписывают прогнуть спину, как это, по Парану, делает кошка; при этом он быстро перевернется обратно, животом вниз [14] .

14

Я, как опытный парашютист, лично могу это подтвердить.

До самой смерти от оспы в 1716 г. Антуан Паран оставался весьма плодовитым исследователем и опубликовал множество книг и статей. Его объяснению феномена падающей кошки суждено было надолго пережить автора, им продолжали пользоваться еще долго после того, как сам Паран был практически забыт.

Проследив происхождение научных исследований феномена падающей кошки до их фактического начала – 1700 г., мы могли бы, естественно, спросить, существовали ли до работы Парана хоть какие-то объяснения этого явления. Безусловно, люди и раньше отмечали завидные способности кошки, и некоторые из них, должно быть, задавались вопросом, каким образом кошка умудряется это делать.

Падающих кошек изучал, возможно, еще по крайней мере один известный ученый и философ, но делал он это с совершенно иной целью, нежели те, кто пришел позже. Большинство людей слышали об ученом и философе Рене Декарте (1596–1650), который прославился своим заявлением: «Я мыслю, следовательно, я существую». Это утверждение – одно из первых онтологических доказательств существования человека: «Откуда я могу знать, что что-то по-настоящему существует? Я способен мыслить, рассуждать и задавать этот вопрос, поэтому я-то, по крайней мере, точно существую».

Декарт – активный естествоиспытатель и математик, хотя научные занятия у него часто были неразрывно связаны с религиозными представлениями. Работая в 1630-е гг. над книгой «Мир» (La Monde) – первым полным изложением его натуральной философии, – он также упорно размышлял о том, наделены ли животные душой. В городе Лейден, где он в то время жил и работал, существует легенда, что Декарт выбросил кошку из окна второго этажа, чтобы посмотреть, проявится ли в поведении животного страх – эмоция, которую, по его мнению, может испытывать только существо, обладающее душой [15] .

15

Так

описано в: Grayling, Descartes, p. 160. Неясно, насколько стара на самом деле эта легенда, и тем более неясно, насколько она близка к реальности.

Эта легенда звучит с тревожной правдоподобностью. В этот же период Декарт провел множество ужасающих экспериментов по вивисекции животных тоже с очевидной целью посмотреть, испытывают ли животные ощущения и эмоции, как люди. Сам Декарт явно придерживался мнения, что не испытывают. Выбрасывание кошки из окна было, возможно, наименее жестоким из всего, что он тогда делал, поскольку рефлекс переворачивания почти гарантировал кошке безопасное приземление. Мы можем предположить также, что кошка, над которой был проделан этот эксперимент, отправилась после этого на поиски нового, более гостеприимного дома.

Можно найти еще более ранние наблюдения кошачьей способности всегда приземляться на лапы, хотя и ненаучной природы. В книге «Труды по геральдике» (Works of Armorie) ее автор Джон Боссвелл перечисляет и классифицирует гербы различных благородных семейств. В основе большинства из этих гербов – животные, а их сильные стороны воспринимаются как символ сильных сторон соответствующих семейств. О кошках Боссвелл замечает: «Это жестокий зверь, когда он дик, и падает на собственные лапы с большинства высоких мест и потому остается невредимым» [16] . Ясно, что способность кошки принимать правильное положение считалась достаточно ценной, чтобы рассматриваться как достойный геральдический атрибут.

16

Bossewell and Legh, Works of Armorie, p. F o. 56.

Еще одно объяснение способности кошки к перевороту, хотя и ненаучное, появилось, возможно, даже раньше геральдического описания Боссвелла. Это история про пророка Мухаммеда, основателя ислама, который жил с 570 по 632 г. Если она возникла хотя бы приблизительно в то же время, когда жил пророк, ее можно считать самым ранним из известных объяснений кошачьего переворачивания.

Вот полный пересказ одного из вариантов этой истории:

Пророк Мухаммед однажды ушел далеко в пустыню и, пройдя большое расстояние, уснул, сломленный усталостью. Огромный змей – да будет проклят этот сын Сатаны! – выполз из кустов и приблизился к Пророку, Посланнику Аллаха, – да будет славно его имя! Змей уже готов был укусить Слугу Всемилостивого, когда кошка, случайно проходившая мимо, напала на рептилию и после долгой борьбы убила ее. Шипение испускающего дух чудища разбудило Пророка, и он понял, от какой опасности спасла его кошка. «Подойди сюда!» – приказал Слуга Аллаха.

Кошка приблизилась, и Мухаммед трижды приласкал ее и трижды благословил ее, говоря: «Мир тебе, о кошка!» Затем, в знак дальнейшей благодарности, Посланник добавил: «В благодарность за услугу, которую ты мне оказала, ты станешь неуязвимой в схватке. Ни одно живое существо не сможет перевернуть тебя на спину. Иди и будь трижды благословенна!»

Благодаря этому благословению Пророка кошка всегда приземляется на лапы, с какой бы высоты она ни падала.

Этот вариант истории содержится в книге 1891 г. «Женщины Турции и их фольклор» (The Women of Turkey and Their Folk-Lore), написанной английской фольклористкой Люси Мэри Джейн Гарнетт [17] . Она, в свою очередь, ссылается на французскую книгу устных преданий мира 1879 г. издания. Там рассказ исходит непосредственно из уст 52-летнего ученика богослова. Я не смог проследить эту легенду в более отдаленных временах, по крайней мере на английском языке, так что ее подлинный возраст остается интригующей загадкой.

17

Garnett, The Women of Turkey and Their Folk-Lore, pp. 516–517.