貓為何無論從多高地方掉下，都是腳先着地？摔貓試驗一起來看看

在長達300年的體驗長河中，科學家們從來在思考一個閉於貓咪的謎題：一隻貓從高處跌降，結果常常能以爪子着地的辦法坦然降地。便像國際體操共同會以運發動的名字來定名他們創辦的體操辦法普遍，科學家把這種局面稱為“貓翻身”（cat-turning）。

在爾人民間傳聞中，有貓有九命的説法。這種説法不妨追究到典籍記錄。經書籍上説：“佛曰：貓有靈性，其命有九，人只好其一。故貓之靈性，殊非人類可及耳”。在物理學界，歐文·薛定諤因為他著名的“薛定諤的貓”的思維試驗而著名，該試驗是有閉存亡疊加態的問題。

如圖：1953年3月，埃德温·鮑威爾·哈勃和他的貓尼古拉斯·哥白尼坐在渾天儀反面。著名天文學家埃德温·哈勃，襟懷着一隻玄色的名叫“尼古拉斯·哥白尼”的貓。哈勃的重邀功效是樹立了哈勃定律，供給了世界伸展實例憑據。他曾在一封信中表示尼古拉·哥白尼幫幫他贏得了閉於世界伸展表面的靈感。

1975年，一篇有閉矮温物理學的論文在《物理指摘快報》登載，一隻名叫切斯特的暹羅貓被物理學家傑克·h·赫瑟林頓列為合著者。這位物理學格外蓄道理，因為擔憂被共事創造一齊作家簽名是他的貓的名字，他還特別在前方加了二個字母縮寫。

瞅了以上和貓有閉的科學家演義，姑且咱們猶如精確連科學家也無法阻礙貓的魅力。姑且咱們再次回到本文計劃的主體：貓的高處跌降。究竟上從19世紀發端，在某些科學家的圈子裏，便已經展示了這個讓人預見不到的閉慌張點。其時一些最著名的表面物理學家試驗過把貓從不共的高度扔下來，以領會為什麼它們常常用腳着地。

幾個世紀此後，科學家們提出了四種不共的假如來解釋這一局面。箇中有一個解釋堪稱是最早的“抱膝轉身”本形，該解釋認為貓收回一閉於爪子，如許它便不妨轉出發體的不共局部；十九世紀物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋則給出了一個名為“降體格式滑冰”的解釋，貓依據須要經過縮進大概伸出爪子來安排角動量；第三種解釋是“委曲和改變”，在這種本領中，貓在腰部委曲以迴轉身材的二個局部。結果還有一種叫“螺旋槳尾”，他們認為貓不妨像螺旋槳普遍將尾巴向一個目標轉化，來實行身材的翻轉。基於以上四種解釋，有物理學家認為貓跌降時，很大概綜合運用了以上十腳解釋中的某些個性。

19世紀，在劍橋大學三一學院，這種疏通格外常睹。箇中有一位是其時最宏大的表面物理學家，他的名字叫詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾。據其時的報道，他因為摔貓試驗而馳名。麥克斯韋爾在一封給他渾家的信中寫道:“當爾在三一學院的時間，創造此地有一個摔貓的頑固。爾創造了一種摔貓的辦法，如許便不會讓貓的爪子着地。爾往凡是常試驗把貓扔出窗外，爾必定解釋如許乾的手段。這項探究的中心是創造貓轉身的速度畢竟有多快。精確的辦法是讓貓從大概5釐米的場合掉到桌子大概牀上。如許的話，貓便無法爪子着地。”

貓從高處墜降時，畢竟是何如干到瞅起來忽視牛頓物理定律，變化半空中的疏通而讓它們四爪着地坦然無恙的？他並不是獨逐一個閉於此感風趣的卓越科學家。著名數學家喬治·斯托克斯也共樣閉心“貓翻身”局面。正如他的女兒在1907年的回顧錄中所刻畫的那樣: 他和克拉克·麥克斯韋薰陶幾乎在普遍時間都閉於貓翻身格外感風趣，貓翻身（cat-turning）這個新創造的詞彙語用來刻畫假如你抓住一隻貓的四隻腳爪，把它從高空跌降回地面，它是何如樣幹到翻身後四爪着地的。

縱然摔了許多貓，麥克斯韋和斯托克斯在他們的探究中都不博得很大發達。直到幾十年後，時間照相本領問世，該本領答應趕快連接拍攝許多照片，才得以讓科學家進行一項更嚴謹的探究，而且不妨勝過人眼的節制。才幹到這一點的人是法國科學家和照相師艾蒂安·朱爾·馬雷，他在1894年拍攝了一系列圖像，並從中幹出了一些沉要的推廣。

上圖照片是以每秒12幀的速度拍攝，表明往日認為貓是依附摔它的人的手動作支點，從而在摔降發端實行翻身辦法的構想是缺點的。差異，照片表露貓在發端低沉時並不轉化疏通，它們不過在自在降體時以某種辦法贏得了角動量。馬雷在1894年出書的《康普特斯·倫德斯》雜誌上登載了這些照片和他的參瞅截止，共年他的探究截止綱要登載在《天然》雜誌上。

馬雷認為是貓運用自己品質的慣性來翻轉本人的身材。爆發脊椎肌肉疏通的改變力偶開始效率於前腿，因為前爪中斷並壓在頸部，因此前腿爆發很小的慣性疏通。然爾後腿被拉伸而且幾乎筆直於身材的軸線，它所具備的轉化慣量與改變力偶所爆發的疏通目標差異。在辦法的第二階段，爪子的模樣是差異的，前腿的慣性為後腿的轉化供給了支點。該探究的作家馬雷以至以一種相當風趣的口氣説：在拍攝的第一個系列圖像的結果，貓被觸犯後沉新站起來的模樣所展現出的威嚴，表明它閉於科學探究缺乏風趣。縱然馬雷有着瞅似領會的照相憑據，許多物理學家依然信賴貓把摔貓人的手當作支點。70多年後，凱恩和舍爾在1969年登載的論文《降貓局面的能源解釋》中，畢竟解開了這個謎。他們將貓建模為一閉於不妨變化其相閉於目標的圓柱體，分別代表貓的前半局部和後半局部。

蒙哥馬利1993年用構型空間中的對接來刻畫凱恩-舍爾模型，該對接封裝了物理學答應的貓的二個局部的相閉於疏通。以如許的框架，貓着降問題的能源學是一個非完備體系的典範例子。在物理和數學中，非完備體系是指其狀況取決於實行它所採用的路途的體系，而該探究是控制表面的核心問題之一。掉貓問題的一個處理籌備是擺設空間中的一條曲線，該曲線與決定的初始和最後擺設的對接，大概者説物理上答應的對接，是保護程度的。掉貓辦法尋找最佳處理籌備是最優疏通籌備的一個典範。用物理學的談話不妨如許解釋，蒙哥馬利的對接是構形空間上的楊-米爾斯場，而且是更典型的以形變場為代表的可變形骸能源學辦法的慣例。楊-米爾斯（Yang-Mills）表面，是新穎典型場表面的前提，是由物理學家楊振寧和米爾斯在1954年開始提出來的。

姑且咱們領會貓從高處跌降，具備天才的本領來安排本人的目標以便站穩。大普遍貓寧靖地着地須要達到的最小高度約為30釐米。雖然視頻中創造許多貓會經過尾巴翻身，然而不尾巴的貓也有這種本領，因為貓主假如挪動它的後腿，依附角動量的守恆來預備着地，而尾巴本質上閉于于它這個與生俱來的幽雅翻身的本領用處並不大。除此之外，貓自己還具備跌降時縮小損害的其他個性，比方體積小,骨骼構造輕,厚厚的皮毛縮小了最後速度。跌降時，貓會舒展身材，以減少阻力。那麼咱們領會貓具猶如許抗跌降的超本領，是不是它們從高空墜降從來不會受傷呢？答案是：情景並未常常如許。它們仍有大概因為摔傷大概者骨折而犧牲。1987年登載在《美國獸醫協會雜誌》上的一項探究創造，每隻貓的受傷程度跟着高度的升高而減少。

物理學家們在天性地尋找大概的處理籌備，而大天然的生靈們會天然尋找最有靈驗的處理辦法。那麼費盡情緒地探究貓跌降的本質道理在何處？姑且探究人員把眼光投向了呆板人範圍，咱們是否不妨運用貓的個性創造出一種不妨實行靈驗翻轉的呆板人？在人類無法達到大概者有人命威脅的情況裏，派出”貓式翻轉“呆板人實行救濟大概排險責任，結果還不妨反面往上實行完備降落。