Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Это новое исследование опубликовал в 1935 г. бывший лабораторный помощник Магнуса Гейсбертус Годефридус Йоханнес Радемакер совместно с коллегой Й. В. Г. тер Брааком, работавшим в то время в Лаборатории физиологии учреждения, которое сегодня мы знаем как Лейденский университет^{19}. В свое время Радемакер начинал карьеру хирургом; врачебный диплом он получил в 1912 г., а с 1915 г. пять лет практиковал в Индонезии. Интенсивная нагрузка и опустошающее действие тропических болезней не прошли для него даром, и после возвращения в Нидерланды он предпочел сменить род занятий. Работа в лаборатории Магнуса и физиологические исследования прекрасно ему подошли. Он изучал неврологические аспекты мышечного тонуса у кошек и кроликов, а в докторской диссертации осветил роль красного ядра — одной из структур среднего мозга — в управлении позой^{20}.

Несмотря на работу в тесном контакте с Магнусом, Радемакера, судя по всему, беспокоила предложенная его покойным начальником интерпретация кошачьего рефлекса переворачивания. Его совместная с тер Брааком статья начинается непосредственно с критики:

Лабиринтоподобные рефлексы срабатывают, когда голова, а вместе с ней и лабиринты находятся не в «нормальном положении». Они запускаются изменениями в положении лабиринтов по отношению к гравитации. При этих позиционных изменениях гравитация вызывает изменения в лабиринтах, которые продолжаются и в новом положении тоже благодаря гравитационной силе. Эти изменения запускают лабиринтные реакции (лабиринтные рефлексы), которые возвращают голову в «нормальное положение».

В свободном падении, однако, влияние гравитации мгновенно прекращается. Таким образом, животное возвращает голову в «нормальное положение» во время свободного падения, хотя влияние гравитации, запускающее лабиринтные рефлексы, при этом отсутствует.

Здесь авторы косвенным образом ссылаются на принцип эквивалентности Эйнштейна. Они говорят, что объяснение Магнуса противоречит этому физическому закону. В свободном падении, согласно общей теории относительности, вестибулярная система вообще не испытывает влияния силы тяготения; поскольку рефлекс выправления положения головы запускается тем, что голова отклоняется от нормального положения по отношению к силе тяготения, этот рефлекс попросту не может быть решающим фактором в переворачивании кошки.

Радемакер и тер Браак пошли еще дальше, чтобы доказать это:

Кошка также переворачивается в воздухе, когда ее бросают вниз быстро, так что она движется вниз с бóльшим начальным ускорением, чем бывает в свободном падении. При этих обстоятельствах в начале движения влияние тяготения на лабиринты не только компенсируется, но даже заменяется противоположно направленной силой. Тем не менее даже тогда кошка переворачивается, и направление вращения при этом не меняется.

Есть еще один аргумент в пользу того, что одно только положение головы не может быть решающим фактором в том, как или почему кошка переворачивается: Радемакер и тер Браак показали, что можно держать кошку перевернутой так, что голова ее при этом будет находиться в правильном положении. Если бы рефлекс переворачивания запускался тем, что ее голова падает в перевернутом состоянии, то в этом случае он не срабатывал бы вовсе. Выяснилось, однако, что кошка переворачивается в правильное положение и приземляется на лапы вне зависимости от того, в каком положении находилась изначально ее голова.

Исследователи не сбрасывали со счетов влияние вестибулярного аппарата в этой ситуации, они лишь утверждали, что запуск рефлекса падающей кошки должен происходить принципиально иначе по сравнению с тем рефлексом, который заставляет выпрямляться отклоненную голову.