Загадка падающей кошки и фундаментальная физика
В этом пассаже присутствует отличный французский каламбур: «шахты» по-французски будет
Все выступившие разделили мнение мистера Марселя Депре: кошка, настаивали они, переворачивается потому, что опирается на руку, которая выпускает ее в пространство.
Именно в этот момент мистер Марей предложил присутствующим свои мгновенные фотографии, снятые во время падения. Эти изображения ясно показывают, что в начале падения кошка остается в первоначальном положении. Только придя в чувство и сообразив, что дела плохи, она начинает восстанавливать правильное положение.
На фотографиях падающей кошки сзади, сделанных Мареем и представленных здесь, это очень ясно видно. К примеру, на первых трех снимках в верхнем ряду справа, где кошку только что выпустили из рук, она еще практически не поворачивается. Ее переворот происходит стремительно, но начинается по-настоящему только тогда, когда кошка уже находится в свободном полете и не имеет рядом никаких объектов, от которых она могла бы оттолкнуться.
Физикам на том заседании пришлось нелегко; им трудно было примириться с тем, что они видели собственными глазами, и по крайней мере один из них тогда решил, что при переворачивании кошки, должно быть, происходит что-то весьма необычное.
Рассерженный, но далеко не побежденный, мистер Марсель Депре предположил, что кошка, чтобы сместить центр тяжести, возможно, меняет положение своих внутренностей. После такого предположения один из репортеров язвительно поинтересовался у мистера Марея: «Вы хотите сказать, что знаете, что происходит у кошки в животе?»
Этот неосторожный вопрос побудил в мистере Марее любопытство совершенно нездоровых масштабов. Будьте уверены, этот ученый муж займется решением этого вопроса с обычной для него непреклонностью и вскроет неизвестно сколько кошачьих животов, чтобы выяснить, что находится внутри.
Как мы уже видели, эти не слишком серьезные страхи оказались беспочвенными, поскольку Марей выступал против вивисекции как инструмента физиологических исследований:
Но последнее слово в этом споре не осталось ни за кем из академиков. Погрузившись в задачу с головой, члены Академии единогласно поручили мистеру Марею повторить свой фотографический эксперимент… но на этот раз он должен был привязать к кошке бечевку. Мистер Марей заверил всех, что не преминет это сделать.
Как вы можете убедиться, в Академии скучно не бывает. Но представьте себе, что некая Кошачья Академия собралась бы, чтобы подвесить на бечевке ученого или, скажем, политика, чтобы посмотреть, как он будет падать? Мы без колебаний заключили бы, что кошки — изобретательные, но свирепые животные.
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.