“九条命”的物理猫,故事总是那么神秘

据说,猫有九条命,鉴于猫大概在唐朝前后才来到中国,猫有九命这说法又不曾见于中国古代的话本或小说,(可能是来自于国外一种巫术)一位英国作者威廉巴尔德文于1584年写的名为《小心猫》的书中包含短语:女巫可占用自己的猫的身体9次,即是说猫可有9命。当然,这并不是说它死九回才算真死了,而是说猫的生存能力很强,不容易死。

“九条命”的物理猫,故事总是那么神秘

01

对于很多声名远扬的物理学家来说,猫既是工作时的朋友,放松时的伙伴,它们甚至还是实验中的工具,这些物理学家总按捺不住好奇心,将猫从窗户扔到楼下:为什么它们落地时总能四脚着地。

从物理大师麦克斯韦到数学家斯托克斯,他们都是学界的扔猫大师,麦克斯韦解释,我的研究目的是为了发现猫翻身能有多快,而研究方法也只是让猫从两英尺的桌上或床上跳下,但这种情况下猫仍是脚着地。

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斯托克斯也尝试从猫的身体翻转问题中看到有趣和不同寻常的东西。研究 落猫问题 离不开高速摄像机。早在 1894 年,法国科学家 Étienne-Jules Marey 就在 Nature 上发表了一副用高速摄像机拍摄的猫掉落的照片,照片显示,仅在下落的最初 1/8 秒,猫就完成了翻身的动作。

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如将猫四足冲天从空中扔下,在下坠过程中,首先是头颈扭转,随后前肢和躯干也扭转过来,最后后肢也扭转过来。

因此当下坠到地面时,先由四肢着地。其一系列反射活动过程与机理,与动物被推倒或翻转后的翻正反射相同。

他们为这种技能取了一个名字:翻正反射。因为它反射神经强大,高空中能在有限的时间里,迅速调整身体,保持平衡四脚落地,这是许多高等生物不可比拟的。

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1969 年,Kane 和 Scher 两位研究人员构建了 Kane-Scher 模型,他们把猫建模为能够改变相对方向的一对相连接的圆柱体,分别代表猫的上半身和下半身,这两部分转动时角动量为零。

对一般的猫来说,只要30cm的高度即可完成翻转,过程如下:

弯曲身体,使前半身与后半身在不同的轴上旋转。

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屈曲前肢以减少前半身的惯性力矩(MOI),同时伸展后肢来增加后半身的惯性力矩。这样就能使前半身旋转的角度更大(90°),而后半身旋转的角度更小(10°)。

伸展前肢并屈曲后肢,使后半身旋转的角度更大,而前半身以更小的角度反向旋转。

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02

无独有偶,在澳大利亚有一位博士并不相信猫有九条命的传说,于是找到了一百五十只不同的猫咪做了一个残忍的实验,他将不同大小的猫从不同的楼层上扔下去,并且检查它们身体所受到的不同伤害程度。

有大概十分之一的猫咪当场死亡,博士认为如果是在适当的高度,猫咪的存活能力是很高的,受伤程度也是很少的,三到六层的高度的受伤程度较小,并且如果楼层太矮它们会因为无法调整身体完美落地,从而受到一定程度的伤害。

而楼层太高的话,猫咪的骨骼不能承受重力加速度,从而会受到更大程度的伤害。

所以就这个实验就可以看出,猫咪其实并没有九条命的,而九命猫的传说也自然就不攻自破了。

传说中猫是老虎的老师,无论是家猫或野猫,在受伤后都会发出呼噜呼噜,嗯嗯的声音,这是猫自我疗伤的方式之一;人们之所以称猫有9条命,与猫休息时打呼有密不可分的关系。科学研究指出,这种由喉头发出的呼噜声有助于它们治疗骨头以及器官损伤。而且人类实验研究表明,将人体暴露于与猫的呼噜声相近频率的声波下,还有助于改善人类的骨质。

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温馨提示:请不要随意将猫咪从高处扔下,这是极其不负责任的行为。

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03

薛定谔的猫是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的理想实验的名字,它描述了量子力学的真相:粒子的某些特性无法确定,直到测量外力迫使它们选择。

整个实验是这样进行的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。在一小时内,大约有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,剩下50%的概率是放射性物质不会衰变而猫将活下来。

关于薛定谔的猫,让许多科学家展开了更多的遐想。当我们不去观测这个世界的时候,一切事物都是处在不确定的叠加状态吗?如果把猫换成人,他绝不会感到自己曾经处于死/活的叠加态吧。

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人与猫不同的地方在于,人自己观测了自己,也就是说人是有意识的动物。那么更奇怪的问题来了:物理现象难道和意识相关?

物理学家日渐觉得,薛定谔的猫从原则上讲可以存在,只是目前的技术还不够成熟。目前看来,技术条件还差得很远,技术上做不到跟原则上不可能并没有什么区别。

2000年来,我们一直认为世界正如柏拉图在《理想国》中描述的那样:同一事物不可同时以相反状态存在,亦不可同时成为相反之事物。但现在这句话已经不那么绝对了。薛定谔的猫一天天长大,总有一天宇宙也将展现出它更加匪夷所思的一面。

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参考文献:颜相宁,天才物理猫

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