Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Есть и другие статьи, и другие объяснения. Из-за разнообразия возможностей выделить эффект Мпембы (или даже, во многих случаях, надежно воспроизвести его) трудно. Если эффект Мпембы, как переворачивание кошки, определяется не одним, а несколькими различными механизмами, разработка контролируемого эксперимента, позволяющего проверить только один механизм, скорее всего, результата не даст. Еще одна трудность — сложность строгого определения термина замерзание. Должна ли жидкость замерзнуть до твердого состояния, чтобы считаться замерзшей в эксперименте Мпембы, или достаточно появления первых льдинок?

Все эти вопросы могли бы потерять актуальность после того, как ученые Кембриджского университета и Имперского колледжа в Лондоне с сожалением констатировали в 2016 г., после экспериментального исследования, что вообще не смогли увидеть никаких признаков эффекта Мпембы. Но — и такой поворот достоин этого странного явления с драматической историей — в 2017 г. две группы исследователей независимо продемонстрировали, теоретически, что в термодинамических системах может наблюдаться этот эффект. Вполне возможно, что их работы поддержат давний спор, чтобы его исследованием могло заняться и следующее поколение ученых^{13}.

Сам Эрасто Мпемба не стал продолжать начатую им работу. Вместо этого он поехал учиться в Колледж защиты дикой природы Африки в Моши. После дальнейшего обучения в Австралии и США Мпемба стал главным охотоведом Министерства природных ресурсов и туризма Танзании. В этом качестве он работал над сохранением дикой природы, взаимодействуя, без сомнения, с кошками гораздо более крупными, чем те, о которых рассказывается в этой книге. В 2011 г., уйдя в отставку, он прочел на конференции TED в Дар-эс-Саламе публичную лекцию, посвященную своему поразительному открытию и своей жизни.

Работая охотоведом, Мпемба вряд ли видел переворачивание в воздухе львов и тигров. Судя по всему, опубликованных исследований на эту тему не существует, но совершенно ненаучный поиск онлайн-видео позволяет предположить, что львы и тигры подобного рефлекса не имеют. Попадая в беду, они повисают вертикально на дереве, а затем падают на задние лапы. Однако некоторые из более мелких диких кошек обладают такой способностью. На высокоскоростном видео компании Би-би-си ясно видно, как африканский каракал, или степная рысь, падая на землю, выполняет оба маневра — и «сложись и крутись», и «подожмись и поворачивайся». На другом видео леопард, падая с дерева вместе с добычей, очевидно крутит хвостом наподобие пропеллера^{14}.

Таким образом, возможности для дальнейшего научного исследования переворачивания кошек имеются. Следует отметить, что Дональд Макдональд в 1960-е гг. продолжал исследовать хитрости кошачьих маневров, а затем расширил свою работу в направлении, которое теперь, задним числом, представляется очевидным, — на прыжки в воду. Прыжки в воду зародились как вид спорта в Шотландии в 1889 г., всего за несколько лет до знаменитых фотографий кошки Марея, и быстро обрели популярность: в 1912 г. «фигурные прыжки в воду» появились на Олимпиаде. Прежде чем войти в воду, спортсмены выполняют в воздухе сложные кручения и повороты, инициируемые, очевидно, локальными вращениями и поворотами тела.

Макдональд сумел проверить свою идею, высказанную в 1960 г., что человек тоже способен выполнять подобные кошачьи маневры. Как он отметил в последующей статье, «в результате работы по кошкам ко мне обратился мистер Уолли Орнер, отвечавший тогда за подготовку Брайана Фелпса, блестящего прыгуна в воду, выигравшего бронзу на последней Олимпиаде. Мы засняли несколько простых экспериментов, которые ясно показали, что мистер Фелпс вполне способен выполнить кручение в воздухе по крайней мере на 360° без всякой помощи от трамплина»^{15}. Чтобы проверить, не имел ли Фелпс с самого начала ненулевой момент импульса, Макдональд попросил его просто прыгнуть с трамплина, а вертеться начинать только после громко поданной команды. Фелпс, в точности как кошка, сумел перевернуться на 360° примерно за полсекунды. В дополнительных экспериментах спортсмен имитировал кошку более точно: он повисал под трамплином в перевернутом (с точки зрения четвероногого) положении и пытался перевернуться уже после того, как отпускал руки и начинал падать; на приведенной иллюстрации вы можете видеть результат действий спортсмена. Судя по рисунку, Фелпс здесь выполняет алгоритм «сложись и крутись» Радемакера и тер Браака с добавлением более сложного маневра с наклоном вбок, описанного Кейном и Шером.