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喵星人高空落地时姿态的研究: 基于猫动力学的解释

摘要:众所周知,喵星人是与人类(铲屎官)关系十分密切的动物(主子),人喵共存的历史据说可以追溯到10,000年以前。猫咪不仅是人类亲密的朋友,有时甚至被当做神膜拜。猫脑内中枢神经与平衡和运动相关的部分相当发达,以至于不少地区都有“猫有九条命”的说法。本文基于经典力学原理,结合詹姆斯·克拉克·麦克斯韦早年的研究思路,创造性地利用猫动力学,科学解释了喵星人高空落地时姿态的成因,同时为人类对此现象的和平利用提供了思路。


关键词:喵星人  角动量  猫动力学  经典力学


01

引言


作为一种在世界范围内广受欢迎的活动,人类撸猫可以追溯到10,000年以前[1]。分类学上,猫(学名:Felis silvestris catus)通常指家猫,为小型猫科动物,是野猫(Felis silvestris)中的亚种[2]。猫咪在不少地方被视为神明(及主子),据说可以为人们带来财富和好运。


图片来源:微博@吾皇的白茶

人与喵星人之间的亲密关系是人与动物和谐相处的最佳典范~


此外,由于猫咪脑内中枢神经有关平衡与运动部分的神经相当发达,所以从离地八九米高度的地方坠落往往还可以安全着地,所以在不少地方都有“猫有九条命”的说法。


图片来源giphy:


关于猫咪到底有多少条命,似乎世界范围内并没有定论。在大多数国家,人们相信猫咪有九条命,但在意大利、德国、希腊、巴西和不少讲西班牙语的地区[3,4],猫咪就只有七条命了。更有甚者,在土耳其等阿拉伯地区,猫咪被认为只有六条命[5]。


02

猫动力学研究:麦克斯韦的早期工作


由于猫咪身上众多不可思议的特性,人们对于猫咪的研究在很早之前就已经展开。而经典力学的创立,为研究猫提供了科学的工具。


图片来源:ifunny.co


人们对于猫有九条命的一种解释


说起对于猫咪的研究,麦克斯韦可以算得上是先驱。1879 年11 月,著名物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦逝世。4 个月后,苏格兰物理学家彼得·格思里·泰特(P. G. Tait,他是麦克斯韦的发小)在Nature杂志上撰文,热情称颂了麦克斯韦的成就。


图片来源:豆瓣


詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831~1879),苏格兰数学物理学家。麦克斯韦被普遍认为是十九世纪物理学家中对后世影响最大的一位。他的理论为狭义相对论和量子力学打下了基础,是现代物理学的先声。在麦克斯韦百年诞辰时,爱因斯坦盛赞了麦克斯韦的工作,称其为“自牛顿时代以来的一次最深刻、最富有成效的变革”。


P. G. Tait. Clerk Maxwell’s Scientific Work. [M] //Sir John Maddox,Sir Philip Campbell,路甬祥. 《自然》百年科学经典第一卷(修订版)精装本. 北京:外语教学与研究出版社,2015:512-531.


不过就在这篇文章里,泰特提到了麦克斯韦在读大学时的一桩趣事——


“麦克斯韦在读本科期间做了一个实验,虽然从某种程度上说这是一个生理学实验,但是它也和物理学密切相关。实验的目的是解释为什么猫在落地的时候总是能保持脚先着地。实验中他把猫轻轻地抛到毯子上,抛掷时,让猫具有不同的初始转动。麦克斯韦得到了满意的结果:猫在空中的时候,本能地利用了角动量守恒。如果给它的初始转动过快,它就会把身体伸展开,避免头先着地;相反地,如果给它的初始转动过慢,它就会缩成一团,最后总是能避免头先着地。[6]”


图片来源:giphy

懂角动量守恒的喵星人


VS


不懂角动量守恒的地球人


虽然麦克斯韦已经对于喵下落时的运动姿态做了提纲挈领式的诠释,但在笔者看来毕竟语焉不详(不然这篇推文岂不是毫无卵用了

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