Грегори Гбур - Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Я, со своей стороны, знаю немало ученых мужей и политиков, которые приземлились бы на живот в ходе такого эксперимента, поскольку пузо у них долетело бы до земли быстрее, чем лапы. Взгляните, к примеру, на мистера… ну, неважно. Я, в общем-то, хотел указать на брюхо, а не на личность.

Но я далеко отклонился от первоначального вопроса, к тому же здесь не место для философствования. Намного проще разрешить стоящую перед нами задачу, и я попытаюсь сделать это к общему удовлетворению.

Превзойдя в этом мистера Марея, мистера Марселя Депре, мистера Лоуи и всю Академию наук, я прекрасно знаю, почему падающая кошка приземляется на лапы:

Потому что это не так больно!

Очевидно, что журналист немало потешился на том заседании, наблюдая, как столь уважаемая группа ученых споткнулась о знакомую всем и даже вошедшую в поговорку падающую кошку. Поразительно также, что члены Академии с таким доверием относились к существующему объяснению — но откуда подобное объяснение взялось? Намек на это можно найти в ретроспективной статье, опубликованной почти десятью годами позже, в которой представлена неверная теория о том, что кошка при падении от чего-то отталкивается, а затем обсуждается объяснение Марея.

Сияющий светоч научного мира объявил, что это противоречит здравому смыслу и законам механики. Никакое животное, утверждал он, падая свободно, ни при каких условиях не может перевернуться в воздухе при помощи собственных усилий, без внешней помощи. И такие привел убедительные доводы, что его коллеги по Французской Академии наук вынуждены были скрепя сердце принять его точку зрения {6} .

Упомянутым здесь «сияющим светочем» был французский астроном и математик Шарль-Эжен Делоне (1816–1872), известный в первую очередь тем, что провел подробное исследование движения Луны и в 1870 г. стал директором Парижской обсерватории. Он написал книгу о физике движения — «Трактат о рациональной механике» (Traité de Méchanique Rationnelle), в которой в неявной форме рассуждал о том, что кошка не может перевернуться в воздухе, не имея точки опоры.

Если предположить, как мы уже сделали, что живое существо изолировано в пустом пространстве, что на него не действуют никакие внешние силы и что первоначально это существо неподвижно, то это живое существо не только не сможет сдвинуть свой центр тяжести — для него невозможно будет даже двигаться вокруг этого центра. И правда, как бы это существо ни играло мускулами, оно сможет породить только внутренние силы; в силу отсутствия каких бы то ни было внешних сил, в проекции на любую плоскость сумма площадей, заметаемых векторами, выходящими из центра тяжести, всегда сохраняет постоянную величину. Следовательно, эта сумма площадей должна всегда оставаться равной нулю, поскольку, в силу нашей гипотезы, живое существо, о котором идет речь, первоначально было неподвижно {7} .

Делоне утверждает, что теорема площадей запрещает живому существу, изолированному в пространстве, «двигаться вокруг» своего центра тяжести, то есть вращаться. Он не упоминает кошек в явном виде, но падающая кошка была бы превосходной иллюстрацией к его рассуждениям. Как мы увидим в дальнейшем, эти рассуждения неверны. Но Делоне пользовался среди коллег таким уважением, что они, очевидно, не вглядывались в эту проблему слишком глубоко, пока фотографии Марея не оказались у них прямо под носом.

Делоне не был единственным из видных физиков, кто публично высказывался в поддержку этих рассуждений. Французская академия могла бы указать на нашего старого знакомца Джемса Клерка Максвелла, который тоже продвигал эту позицию.

Как мы уже знаем, Максвелл участвовал в не слишком строгих экспериментах с переворачиванием кошек еще в 1850-е гг., хотя никогда и не публиковал официально никаких гипотез или наблюдений на этот счет ни в каких научных журналах. Однако он, очевидно, часто обсуждал свои идеи с другом всей жизни и коллегой — тоже шотландским физиком Питером Гатри Тэйтом. Когда Максвелл неожиданно умер в 1879 г. в возрасте 48 лет, Тэйта попросили написать некролог на его смерть для престижного журнала Nature . Помимо упоминания о впечатляющих достижениях Максвелла в области электромагнетизма, термодинамики, астрономии, теории цвета и механики Тэйт счел нужным упомянуть и частные мысли Максвелла на тему переворачивания кошек:

В студенческие дни он провел один эксперимент, который, хотя и оказался в определенной степени физиологическим, был тесно связан с физикой. Его целью было определить, почему кошка всегда приземляется на лапы, как ее ни бросай. Аккуратно бросая кошку на расстеленный на полу матрас и придавая ей различное начальное вращение, он убедился, что кошка инстинктивно пользуется законом сохранения момента импульса: она вытягивает свое тело, если вращается слишком быстро и есть опасность упасть головой вниз, и собирается в клубок, если вращается слишком медленно {8} .