Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

22
18
20
22
24
26
28
30

С переходом физиологических исследований живых существ в космосе от теоретического этапа к практическому многие инициаторы этой работы переключились на другие проекты. Фриц Хабер ушел в коммерцию и в 1954 г. начал работать в компании Avco Lycoming, где занимался разработкой первых газотурбинных двигателей. Позже он занял в этой компании пост вице-президента по европейским операциям.

В карьере Хайнца Хабера, брата Фрица, произошли еще более удивительные перемены. В середине 1950-х гг. он стал главным научным консультантом киностудий Уолта Диснея, где работал вместе с киношниками над множеством научно-популярных проектов, в том числе над знаменитым эпизодом 1957 г. студии Уолта Диснея под названием «Наш друг атом», в котором подробно разбирались положительные аспекты ядерной энергии. Позже Хабер написал книгу на основе этого эпизода и немало других научно-популярных книг.

Хубертус Стругхолд[3] в 1962 г. стал главным научным специалистом Отделения аэрокосмической медицины NASA, где работал над созданием скафандров и систем жизнеобеспечения, которыми пользовались астронавты «Джемини» и «Аполлонов». Благодаря своим достижениям он стал известен как «отец космической медицины». Тем не менее всю жизнь его преследовали подозрения в том, что во время Второй мировой войны он работал в концентрационном лагере Дахау и принимал участие в экспериментах на людях. Именно Стругхолд в речи на десятилетнем юбилее Департамента космической медицины авиабазы Рэндольф, возможно, лучше всего охарактеризовал те первые годы исследований в армии США: «Наша работа не всегда воспринималась всерьез сторонними людьми. Услышав про нас, люди улыбались и качали головами. Для них мы были „чокнутыми“ и „дикарями“. Нам, наверное, повезло, наше начало было скромным и очень-очень недорогим»{18}.

Роль кошек в космических исследованиях не закончилась с первыми полетами человека в космос. Исследователи быстро поняли, что движение и маневрирование в условиях невесомости представляет определенные сложности. Как, к примеру, мог бы астронавт, свободно плавающий в пространстве, изменить собственную ориентацию без изменения момента импульса? Кошачий рефлекс переворачивания в правильное положение представлял собой единственный хорошо изученный пример такого маневра, в результате рефлекс этот вновь привлек к себе интенсивное внимание.

Исследователи из ВВС в перерывах между тренировками астронавтов проекта «Меркурий» использовали «Рвотную комету» как место для испытания различных стратегий маневрирования. В частности, было опробовано большое количество чисто инженерных решений — с переменным успехом. К примеру, в период полета в невесомости испытуемые пробовали ходить по потолку C-131B в магнитных ботинках. Настройка и подбор силы магнитов, при которых ходить с ними было бы легко, потребовали преодоления значительных трудностей. Если магниты были слишком слабыми, испытуемые могли легко оттолкнуться от металлической поверхности; если слишком сильными, люди оказывались, по существу, приклеенными к одному месту на потолке. Для передвижения вне космического корабля в будущем было предложено пневматическое реактивное устройство, состоящее из емкости со сжатым воздухом, надеваемой на спину как рюкзак и соединенной шлангом с ручным соплом, которое можно направить в любую сторону, чтобы обеспечить тягу. Военный персонал в скафандрах с этими устройствами с виду очень походил на охотников за привидениями из одноименного фильма. Чтобы избежать беспорядочного кувыркания в невесомости, исследователи попытались привлечь на свою сторону закон сохранения момента импульса: испытуемые несли на себе вращающиеся диски в качестве гироскопов, которые должны были стабилизировать их ориентацию. Как велосипед сохраняет вертикальное положение, пока крутятся колеса, так и гироскопы должны были не позволить астронавтам беспорядочно закувыркаться.

Но, помимо этого, астронавты должны были получить возможность контролировать свое движение при отсутствии какого бы то ни было специального оборудования. В этом плане большой интерес представлял скорее механизм, при помощи которого кошки переворачиваются, а не физиология этого переворота. В начале 1960-х гг. исследователи из Университета Дейтона совместно с одним из ученых авиабазы Райт-Паттерсон определили несколько стратегий, которые астронавты могли бы использовать для изменения своей ориентации при помощи исключительно телесных движений. В 1962 г. они опубликовали результаты своих исследований в захватывающем техническом отчете под заголовком «Невесомый человек: техники самоповорота»{19}. В этом документе авторы привели девять методов, при помощи которых астронавты могут менять свою ориентацию в пространстве, по несколько методов на каждую ось вращения. Вращение вокруг оси Z — это вращение вокруг позвоночника, который исполняет роль центральной оси, это вращение фигуристки на льду. Вращение вокруг оси Y — это вращение в том направлении, в каком делаются кувырки вперед и назад. Наконец, вращение вокруг оси X — это переворот вбок, переворот в том направлении, в каком делается «колесо».

Названия методов причудливы и выбирались таким образом, «чтобы космическому персоналу их было удобно быстро называть и легко понимать». Вот полный список этих маневров:

• (Z.1) «кошачий рефлекс»

• (Z.2) «сгибайся и крутись»

• (Z.3) «лассо»

• (Z.4) «вертушка»

• (X.1) «сигнальный флаг»

• (X.2) «потянись и повернись»

• (X.3) «сгибайся и крутись»

• (Y.1) «двойная вертушка»

• (Y.2) «наклон»

Описание этих маневров рисует для нас интересные картины поведения астронавтов в невесомости. «Двойная вертушка», к примеру, описывается так: «Это непрерывное вращательное движение было с успехом продемонстрировано во время полетов с нулевой силой тяжести. Процедура очень проста. Нужно, подогнув ноги и вытянув руки прямо в стороны параллельно оси Y, одновременно делать руками вращательные конусообразные движения».

Наибольший интерес для наших целей представляют два первые пункта в этом списке. В самом деле, тот факт, что первым в нем значится «кошачий рефлекс», очевидно указывает на значимость кошачьей способности к перевороту в представлении исследователей. Из описания ясно, что, по мнению исследователей, этот рефлекс функционирует согласно первоначальному описанию Марея, как «подожмись и поворачивайся», когда кошка произвольно меняет момент инерции отдельных частей тела. Вот как они описали эту технику для человека:

Торс выпрямлен, руки вниз. Ноги развести в стороны, затем резко повернуть весь торс в талии вокруг оси Z вправо или влево. Удерживая тело в скрученном положении, развести руки в стороны и свести ноги вместе, а затем раскрутить торс обратно в первоначальное положение. Опустив затем руки по швам, испытуемый должен получить в точности ту же конфигурацию конечностей по отношению к туловищу, с которой все начиналось, но тело в целом при этом совершит поворот на некоторый небольшой угол.

Вторая техника в списке, «сгибайся и крутись», представляет собой, по существу, человеческий вариант кошачьего рефлекса переворачивания в представлении Радемакера и тер Браака в 1930-е гг. Вы можете проделать этот маневр и сами. Начиная с положения стоя прямо, согните верхнюю часть тела в сторону и поднимите руки в стороны. Затем поверните верхнюю часть тела вперед, сохраняя изгиб, пока оно не окажется согнутым в противоположную сторону. Опустив после руки и выпрямившись, вы обнаружите, что повернулись на некоторый небольшой угол в направлении, противоположном тому, в котором вы скручивали свое тело. Вы можете проделать этот маневр, медленно и аккуратно, даже стоя на полу, и при правильном выполнении вы почувствуете стремление ноги повернуться относительно пола. Модель Радемакера и тер Браака получила название «сложись и крутись» (то же, что «сгибайся и крутись», но в более гибком кошачьем варианте) именно благодаря этой работе ВВС.