Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Из этих наблюдений можно увидеть, что переворачивание в свободном падении не может происходить благодаря гравитационным лабиринтным рефлексам. Вообще, поворот тела в воздухе определяется лабиринтами. Таким образом, должен существовать какой-то второй тип лабиринтного рефлекса, не вызываемый гравитацией, но основанный на возбуждении лабиринтов в результате движения при падении.

Разумно предположить, таким образом, что интересующий нас рефлекс запускает ощущение потери веса в лабиринтах. Это не объясняет, однако, откуда кошка даже с завязанными глазами узнает, в какую сторону переворачиваться. Радемакеру и тер Брааку не суждено было найти объяснение этому.

Продолжая критику, Радемакер и тер Браак указали и второй момент, в котором объяснение Магнуса не согласуется с известными законами физики. Они обратили внимание, что физический механизм, которому Магнус приписывал переворачивание кошки, — закручивание тела кошки штопором по всей длине, от головы до хвоста, — нарушает закон сохранения момента импульса. В модели Магнуса все части кошки по очереди закручиваются в одном и том же направлении. Но если голова кошки поворачивается вправо, то для сохранения момента импульса тело ее должно повернуться, наоборот, влево; если тело затем поворачивается вправо, то голова должна уравновесить это движение поворотом влево. В конечном итоге кошка не должна приобрести какого-либо суммарного вращения.

Объяснение переворачивания кошки с подтягиванием и вытягиванием ног, данное Мареем и Гийю, два голландских автора также нашли неудовлетворительным. Чтобы кошка могла полностью перевернуться таким способом всего за два такта, она должна была бы, чтобы уравновесить поворот туловища, повернуть голову более чем на 180°. При этом фотографические свидетельства, очевидно, не подтверждали такой степени поворота.

Многие считают, что критика существующей гипотезы — самая простая часть науки; предложить новую гипотезу намного сложнее. К счастью, Радемакеру и тер Брааку под силу было это сделать. Они предложили механизм кошачьего переворачивания, который сегодня известен как модель типа «сложись и крутись». Они первыми заметили, что все модели переворачивающейся кошки до сих пор строились исходя из предположения, что во время этого движения кошка держит спину прямой, хотя фотографические свидетельства ясно показывают, что все обстоит иначе. Представив для простоты, что тело кошки состоит из двух цилиндров, способных сгибаться и закручиваться в поясе, они отметили, что чем сильнее сгибается кошка, тем более противоположно направленными выглядят нижняя и верхняя части ее тела. Эта идея продемонстрирована здесь на одной из иллюстраций. Если обозначить серыми стрелками направления моментов импульса двух частей тела кошки, то можно увидеть, что у полностью согнутой кошки моменты импульса верхней и нижней секций тела компенсируют друг друга. Таким образом, получается, что кошка способна вращаться при нулевом суммарном моменте импульса.

Простейший способ понять, как это работает, — представить себе перевернутую вниз головой кошку с выпрямленным телом. Затем кошка сгибает тело в поясе, превращая его в два параллельных цилиндра; макушка головы ее при этом обращена наружу. Далее кошка прокручивает свое тело на 180°. Поскольку суммарный момент импульса ее равен нулю, в целом положение кошачьего тела в пространстве и его ориентация не меняются, но макушка головы животного теперь обращена внутрь. Когда кошка вновь выпрямляет спину, она оказывается правым боком кверху. Ни одна кошка не может проворачиваться в сложенном пополам положении, но, если ее тело сложено не так сильно, она может посильнее провернуть его и скомпенсировать таким образом любое возникающее контрвращение.

Эта модель физически отличается от модели типа «подожмись и поворачивайся». В модели подожмись, то есть подтяни лапы, кошка изменяет момент инерции верхней и нижней частей тела и тем самым добивается того, что поворот одной из частей может оказаться больше, чем контрповорот второй части. В модели «сложись и крутись» кошка противопоставляет повороты верхней и нижней частей тела друг другу и получает таким образом общее изменение ориентации.