1894年10月，法国科学院的一次会议上，著名生理学家艾蒂安-朱尔斯·马雷（Étienne-Jules Marey）展示了一只从空中掉落的猫咪在半空中不断扭动，最终落地的照片，神奇的照片让同事们集体哗然。且在随后的一系列报道中，一位与会者宣称，马雷不过只是提出了一个科学悖论，其违反了物体移动的基本规律。

引发争议的是猫咪在空中扭动的过程。

一直以来，科学家认为，如果猫咪要想落地，必须要从一个固定的面上跳下来。这是基于角动量守恒的物理概念——若无外力，不旋转的物体不会运动。那对于下落的猫咪来说，若没有推力，它就没有杠杆支撑其右转。但马雷的一系列照片却显示，一只猫咪在开始下降后就开始扭动，然而周围却无一物。

随后几十年里，科学家为此做出了许多解释，但许多都是含糊其辞。

格伯尔是北卡罗来纳大学夏洛特分校（University of North Carolina at Charlotte）物理学家，也是《跌落的猫科动物和基础物理学》（Falling Felines and Fundamental Physics）的作者。他认为对此困惑不已的法国科学院物理学家们把猫咪的角动量想得太简单了。角动量在旋转物体（猫咪）中仍可以守恒，只要其身体半边朝一个方向旋转，另半边向另一个方向旋转，听起来有点像胡椒研磨机。然后，身体两边充当彼此支点，相互赋予相等且相反的推力，这便是旋转力。 这种现象恰好出现在猫咪身上。

“猫咪的骨架非常灵活，它将脊柱很大程度弯曲像是将身体一分为二。”

当一只猫倒悬在空中时，靠近头部的半边身体通常率先翻转。要做到这一点，这半部分转动速度必须快于剩余部分——猫咪可能会把前爪塞向肚子，同时后爪保持张开状态，以完成上述动作（类似于花样滑冰运动员在快速转体时拉动手臂）。

然后，猫咪放松前腿，同时将后腿塞向肚子。这一次，靠近屁股半边旋转得更快，将其余身体部位带动到右侧向上的位置。与此同时，尾巴可能会充当螺旋桨，以加速身体转动。这其实没有必要，马恩岛猫（Manx Cat，一种几乎没有尾巴的猫）也能安稳落下。

猫咪转体出奇之快，瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）的物理学家汉诺艾森（Hanno Essén）已经模拟了猫咪的矫正反射过程[1]。猫可以在几英尺内重新定位自己，这一过程仅持续几分之一秒。正是得益于这一过程，艾森那顽皮的奶猫慕什（Mooshe）才能从离地面约四五十英尺（约12到15米）的窗户坠落后安全着陆。

这似乎不符合空气动力学，但抛开这不谈，它们从高处坠落时，仍面临不小风险，现在城中大楼俞建愈高，更是雪上加霜[2]。其中最糟糕的情况是，所谓的高层综合征可以使猫科动物流鼻血，口腔骨折，肺部塌陷，腿部骨折，甚至器官破裂[3]。

在某种程度上，掉落点越高，猫咪的状况通常越糟。一些研究（包括AMC的研究）表明[4]，如果掉落点在六七楼高之上，随着高度升高，受伤率可能不会发生变化，甚至降低。

但如果这一模式符合物理定律，我们就可以解释一些猫在高处展现出的惊人弹跳力。格伯尔曾经看到一只猫咪从高100英尺（约30米）的树上跌下，然而这种高度对它来说似乎无关痛痒。福克斯最近救治了一个在从19层楼坠落却得以生还的猫咪。一只名叫萨布丽娜（Sabrina）的猫咪曾从离地32层楼高的地方掉下来，最后活了下来，简直是一个奇迹。另一只叫乔米（Jommi）的猫咪据说从26层楼摔下，砸穿了帐篷的屋顶，最后人们发现它在掉落点附近舔毛，毫发无损[7]。

“我见过猫咪从7，8，9，甚至10楼摔下，身上有撕裂伤，有的还摔断了腿，但这些都可以通过治疗恢复，”德克萨斯A&M大学急诊和重症监护医师克里斯汀·鲁特（Christine Rutter）说。

研究表明[2]，猫的高层综合征存活率一直超过90%。

在刚开始坠落的几十英尺内，猫咪的身体会不断加速，其撞击地面的冲击力随之攀增。对于从大约两到五层楼掉落的猫咪来说，这很难抉择。然而，只要高度稍稍超过五层楼，一只11磅（约5公斤）重的猫咪落地时极限速度就会达到每小时60英里（约96公里）。此后不管坠落起点再怎么升高，落地时那砰的一声也不会更响亮。达到极限速度可能会让猫咪感到失重，甚至可能使猫咪“停止恐慌”，双腿松开。如若坠落，落地撞击无可避免，而猫咪的身体可以更均匀地分摊这种冲击。家猫拥有一种惊人的平衡感，当它们需要翻转时可以瞬间找到平衡，加上反应极快，背部可弯曲，四肢延展性超强，可完美执行这一动作[9]。

历经进化，猫咪反应敏捷，习惯树栖，有点甚至像流体[10]、略带减震作用[11]的体格。

人类已经学会了模仿猫咪的陀螺仪转弯。优秀潜水员和体操运动员在转体的身体可能像极了猫科动物；美国宇航局也希望宇航员可以跟猫咪学习如何在无重力空间中飞行。

参考文献：

[1]iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/aaac06

[2]onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/vec.13206

[3]www.vettimes.co.uk/app/uploads/wp-post-to-pdf-enhanced-cache/1/high-rise-syndrome-in-cats.pdf

[4]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3692980/

[5]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15363762/

[6]www.ijvm.org.il/sites/default/files/feline_high_rise_syndrome_in_israel.pdf

[7]www.lifewithcats.tv/cat-is-unharmed-after-26-story-fall-from-high-rise-building/

[8]www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0711944105

[9]link.springer.com/article/10.1007/s42235-020-0048-x

[10]www.drgoulu.com/wp-content/uploads/2017/09/Rheology-of-cats.pdf

[11]www.hindawi.com/journals/abb/2019/3815612/

[12]www.theatlantic.com/science/archive/2022/09/falling-dropped-cat-reflex-physics/671424

文/Katherine J. Wu

原文:/www.theatlantic.com/science/archive/2022/09/falling-dropped-cat-reflex-physics/671424/，本文有删减修改。

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