Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Как ни печально, через три месяца после участия в этом опасном предприятии Фелисетту усыпили, чтобы французские ученые могли посмотреть, не вызвало ли космическое путешествие каких-либо физиологических изменений. Несмотря на свою ключевую роль во французской космической программе, на много лет эта кошка была почти забыта. Потом, в 2017 г., Мэтью Сарж Гай запустил краудфандинговый проект по сооружению статуи Фелисетты в ее родном городе Париже в память о полете. Деньги были собраны, и на момент написания этой книги организаторы занимаются поиском подходящей площадки для мемориала — памятника и напоминания о жертвах, принесенных животными ради нас[4].

Кейн и Шер воспользовались для моделирования сложных систем новой на тот момент технологией — компьютерами. С появлением хитроумных компьютерных моделей для описания движений и человека, и кошки попытка создания машин, способных воспроизводить их движения в реальной жизни, стала только вопросом времени. Однако, прежде чем это произошло, кошки явили миру новую загадку, скрытую в их падении.

9. Кошки как хранители тайн

Мы до сих пор рассмотрели кошек преимущественно в роли лабораторных животных, но на самом деле они служили многим ученым также спутниками и даже лаборантами. Однако не всякое совместное творчество кошки и человека продуктивно. В 1825 г., к примеру, сразу несколько британских газет рассказали о трагедии, связанной с кошками.

Известный Мангеймский телескоп, шедевр знаменитого венгерского оптика Шпайгера, был уничтожен несколько дней назад самым необычным образом. Один служитель Обсерватории вынул из телескопа линзы, чтобы протереть их, а затем поставил обратно, не заметив, что за это время в трубу телескопа забралась кошка. Ночью это животное, встревоженное сильными лучами лунного света, попыталось убежать; но ее усилия опрокинули инструмент, и он, упав на землю с верхушки башни, разбился на куски^{1}.

Американский поэт Энтони Бликер предположил, что кошка при падении погибла, и это событие вдохновило его на написание стихотворения «Обращение девицы Шпайгер к ее кошке» — воображаемую жалобу дочери астронома на потерю любимого питомца^{2}. Вот небольшой кусочек из этого стихотворения:

Скажи, ужель случилось то, чего боялась, и кто-то из котов Килкенни сделал тебя тенью? Сказать не можешь? Я сама найду причину. Что вижу я? Кровь в отпечатках лапок; И, звезды чистые! вот сломанные лапки! Тут ножки кошечки моей; там ножки телескопа. И перевернут телескоп — я вижу очень ясно Причину гибели твоей, причину кот-о-строфы.

История эта трагична как для кошки, так и для астронома, если считать, конечно, что она действительно имела место. Однако есть серьезные причины усомниться в этой истории в том виде, как она здесь рассказана. С одной стороны, директором немецкой Мангеймской обсерватории — пишется с двумя «н», кстати, — в 1816–1846 гг. был Фридрих Бернгард Готтфрид Николаи; никаких записей ни о каком Шпайгере обнаружить не удалось. Трудно также представить себе дорогостоящий ультрасовременный телескоп, ненадежно установленный на крыше какой-то башни, где он легко может опрокинуться и упасть вниз. Кроме того, ни в одном астрономическом журнале тех дней нет упоминания о подобном катастрофическом событии. В период, о котором идет речь, работа в Мангеймской обсерватории, судя по всему, шла без сучка без задоринки.

Мы могли бы также усомниться в том, что кошка Шпайгера — считая, что она когда-либо существовала, — погибла во время падения. Рефлекс переворачивания помогает кошачьим выживать после неожиданных срывов и падений, но появление в городах высотных зданий позволило кошкам в полной мере продемонстрировать всем еще одно сопутствующее умение, возможно даже более загадочное: кошки не просто имеют хорошие шансы выжить после падения с высоты; при падении с особенно больших высот их шансы на выживание оказываются даже выше. Ветеринары наткнулись на эту новую загадку вскоре после того, как NASA потеряло интерес к кошачьей способности всегда приземляться на лапы.

Новые технологии и соответствующие изменения в нашем образе жизни часто приводят к неожиданным последствиям. К примеру, в 1887 г. в журнале Science А. Дж. Томпсон из Вашингтона посетовал:

Кажется, всякое изобретение сопровождается каким-то недостатком или злом, и электрическое освещение не является исключением в этом смысле. В этом городе электрические лампочки были размещены так, чтобы освещать здания, в первую очередь казначейство, и результат получился красивый и поразительный. В то же время один из видов пауков обнаружил, что вблизи лампочек добыча водится в изобилии и что заниматься своим ремеслом там можно и днем и ночью. Вследствие этого паучьи сети стали такими толстыми и многочисленными, что скрыли под собой части архитектурной отделки, а когда сети срывает ветер или когда они сгнивают и падают сами, то мусор придает всему, с чем соприкасается, неряшливый и грязный вид. Мало того, эти любители приключений обживают часть потолка в любой комнате, где устраивается электрическое освещение^{3}.

Те, кто планировал освещение столицы, очевидно, не приняли во внимание, что тем самым они создают идеальные охотничьи угодья для пауков.

Примерно в это же время, в 1885 г., в Чикаго был воздвигнут первый в мире современный небоскреб. Хотя высокие здания к тому моменту строились в разных местах уже не один десяток лет, 10-этажное здание страховой компании Home Insurance стало первым, где несущий каркас был собран с применением металлоконструкций. Это нововведение в прочности используемых материалов открыло дорогу к строительству все более высоких зданий, как коммерческих, так и жилых, и позволило кошкам селиться все выше и выше. Естественно — и это было неизбежно, — кошки начали падать с этих высот. Строители здания Home Insurance, разумеется, не могли предвидеть, что результатом их работы станет новое заболевание кошачьих — высотный синдром.

Это явление обнаружил и описал Гордон Робинсон, глава Отдела хирургии Мемориальной лечебницы им. Генри Берга Американского общества по предотвращению жестокости к животным (ASPCA) в Нью-Йорке; в какой-то момент он заметил, что случаи падения кошек заметно участились^{4}. Статья Робинсона на эту тему вышла в 1976 г.; прошло почти 100 лет с постройки первого небоскреба, прежде чем этот синдром был замечен и распознан. Робинсон отмечал, что отчасти такая задержка может объясняться тем, что многие владельцы животных просто не поняли, что произошло падение.

«История может быть весьма запутанной. Владельцы животных часто не видят, как это происходит, и решают, что кто-нибудь — домохозяин, управдом, рабочий или кто-то из приятелей — входил в квартиру, а кошка при этом выбежала в коридор и убежала по парадной или черной лестнице вниз на улицу или задний двор, где и произошел какой-то несчастный случай или отравление».

Статья Робинсона, первая на эту тему, имела целью привлечь внимание к синдрому и помочь ветеринарам научиться распознавать его. Робинсон определил триаду травматических явлений, которые обыкновенно сопровождают высотный синдром: эпистаксис, перелом твердого нёба и пневмоторакс. Эпистаксис — строгий медицинский термин для носового кровотечения, а пневмоторакс — термин, обозначающий коллапс легкого. Твердое нёбо — это костяная пластинка над ротовой полостью, отделяющая ее от носовых проходов; при падении с высоты твердое нёбо кошки часто ломается посередине спереди назад. В дополнение к трем этим главным травмам кошка может сломать себе другие кости и зубы.

Тем не менее Робинсон отмечал, что кошки способны пережить падение с поразительных высот:

Расстояния, с которых кошкам случалось упасть и остаться в живых, иначе как поразительными не назовешь. Наши рекордные высоты для выживания таковы: 18 этажей на твердую поверхность (бетон, асфальт, утоптанный грунт, крыша автомобиля), 20 этажей в кусты и 28 этажей на навес или тент. Несомненно, эти цифры вызовут поток «писем редактору» с рассказами о кошках, которые упали с большей высоты и остались в живых.

Элементарные знания физики, однако, подсказывают нам, что хорошая выживаемость кошек при падениях с высоты, по крайней мере в сравнении с человеком, не должна нас особенно удивлять. Главное в том, что кошки, в отличие от людей, обладают рефлексом переворачивания в воздухе и обычно приземляются головой кверху, что принципиально для выживания. Важную роль играют также относительно небольшие размеры кошек. Поговорка «Убивает не падение, а резкая остановка в конце» верна: причиной травмы при падении служит неравномерное замедление тела живого существа. Если, к примеру, животное приземляется на лапы, то лапы прекращают движение мгновенно, но тело над ними продолжает двигаться; поэтому нижние части тела подвергаются действию дробящей инерции опускающихся на них верхних частей. Чем массивнее существо, тем более серьезные травмы наносит ему собственный вес; кошка имеет перед человеком хотя бы то преимущество, что весит меньше. Более того, для легковесной кошки установившаяся, или максимальная, скорость свободного падения — скорость, при которой сила тяжести и сила сопротивления воздуха компенсируют друг друга, — равна примерно 100 км/ч, что приблизительно вдвое меньше стабильной скорости для падающего человека.

Статья Робинсона обозначила проблему высотного синдрома у кошек; в ней, однако, не приводилось никаких количественных данных о выживаемости кошек или о связи выживаемости с высотой падения. В ходе эволюции кошки приспосабливались жить, охотиться и прятаться на деревьях и сумели адаптироваться к падениям с них. Можно было бы ожидать, что кошки снабжены всем необходимым, чтобы пролететь один этаж практически без последствий для себя, что падения с большей высоты выходят за рамки их обычного опыта, а число и серьезность травм должны возрастать с высотой — по крайней мере до тех пор, пока кошка не достигнет установившейся скорости.

Первое комплексное исследование подобных вопросов провели в 1987 г. доктора Уэйн Уитни и Черил Мелхафф из Отдела хирургии Ветеринарного центра Нью-Йорка^{5}. Авторы проанализировали 132 случая высотного синдрома, прошедшие через их центр за пять месяцев 1984 г., и выяснили, что падение пережили поразительное число кошек — 90 %. Более того, доктора подтвердили, что в среднем число травм с высотой падения растет, но только для падений в пределах восьми этажей и менее. Как ни странно, для более высоких падений — более восьми этажей — среднее число травм, в первую очередь переломов, резко снижается.