Читать книгу "Загадка падающей кошки и фундаментальная физика - Грегори Гбур"

На девятой секунде пол ящика автоматически раскрывался и кролик фотографировался в падении с высоты 150 см (0,553 с) на подушку. Все время падения он сохранял наклон примерно в 13° к правильному положению. Напротив, если ящик держали неподвижно под наклоном 13°6′, а затем кролика роняли, то он уже через 30 см падения поворачивался в воздухе и занимал правильное положение.

Иными словами, кролик ориентируется на основании не того, каким было гравитационное поле в самый момент падения, а того, каким оно было на протяжении нескольких секунд до того. Задним числом можно сказать, что это разумно: в момент, когда животное падает, оно может испытывать на себе действие любого числа самых разных сил, пока топчется на месте, пока его сталкивают или сбрасывают с гнезда. Память о направлении силы тяжести в недавнем прошлом более надежна, чем память непосредственно о моменте падения.

Но Бриндли на этом не закончил. Затем он взял кролика в автомобиль.

Тот же ящик без колес был установлен в автомобиле. Внутрь, как и раньше, посадили кролика. Машина сначала ехала по прямой со скоростью 32 км/ч на протяжении 30 с, а затем внезапно поворачивала с той же скоростью по круговой траектории диаметром 50 м, так что кролик внезапно испытывал на себе искаженное гравитационное поле, наклоненное под углом 17°51′ к вертикали. После 10 с движения по кругу пол в ящике раскрывался и кролик фотографировался в падении с высоты 80 см (0,404 с) на подушку. Все время падения он сохранял наклон примерно в 18° к вертикали.

При круговом движении автомобиля в этом эксперименте кролик испытывал на себе центробежную силу, которая вынуждала его ощущать, будто действующая на него сила тяжести наклонена наружу по отношению к радиусу движения. Как и в предыдущем эксперименте, кролик падал в соответствии с направлением силы тяжести, которую испытывал исторически, а не с вертикальной силой тяжести.

Как удалось определить позже, этот эксперимент был проведен на заброшенной взлетной полосе аэродрома в Даксфорде. Жена Бриндли Хилари вела машину, а сам Джайлс фотографировал.

И эксперимент с рельсами, и атомобильный эксперимент описывались в первом выступлении Бриндли на конференции; на второй конференции он рассказал еще об одном испытании, связанном с раскручиванием кроликов на центрифуге.

Кролики были помещены в ящик с автоматически открывающимся дном, поднятый на 105 см от оси центрифуги («карусели» Инженерных лабораторий Кембриджского университета). Центрифугу разогнали до скорости, обеспечивающей наклон поля тяготения-ускорения примерно на 30° к вертикали. После полуминуты или более вращения ящик быстро передвигался к оси центрифуги, и в некоторый момент времени в интервале от 1/4 с до 15 с после этого дно ящика открывалась… Кролики, которых сбрасывали через 1 с или меньше после сдвига, обычно падали в сильно наклонном положении, примерно соответствующем направлению поля на периферии центрифуги. Промежуточные моменты давали промежуточные позы.

Конечным результатом всех экспериментов Бриндли стал вывод о том, что кролики и, предположительно, кошки имеют «банк памяти» направления силы тяжести примерно за 6–8 последних секунд и падают в соответствии с данными, в этом банке содержащимися. Иначе говоря, после резкого изменения направления силы тяжести животному обычно требуется около 6 или 8 с, чтобы полностью акклиматизироваться. Видимо, полукружные каналы вестбулярного аппарата, регистрирующие вращение, способны отследить, насколько повернулось животное относительно запомненного состояния силы тяжести, даже если глаза животного закрыты.

Хотя остаются, очевидно, вопросы о том, как именно центральная нервная система кошек и кроликов умудряется разобраться с разными сенсорными импульсам и рефлекторными действиями и обеспечить надежную и точную работу рефлекса переворачивания, ясно, что Бриндли удалось адекватно разрешить вопрос о том, как действие этого рефлекса согласуется со счастливейшей мыслью Эйнштейна. На то, чтобы разгадать эту загадку, после открытия Эйнштейна потребовалось около 45 лет.

Следует отметить, что в экспериментах Бриндли изменения кажущегося направления силы тяжести, испытываемые кроликом, были все более резкими и кардинальными — от 13°6′ до 17°51′ и далее до 30°. В своем втором выступлении на конференции Бриндли предложил еще более экстремальный эксперимент, в котором кролика предполагалось посадить в пикирующий самолет, чтобы изменить для него кажущееся направление силы тяжести на 40°. Судя по всему, этот эксперимент так никогда и не был проведен, вероятно потому, что ВВС США в то время уже проводили аналогичные эксперименты с кошками, связанные с подготовкой полета человека в космос.

8. Кошки… в космосе!

Около 1960 г. ученые Аэрокосмической медицинской исследовательской лаборатории на авиабазе Райт-Паттерсон в Дейтоне, штат Огайо, сняли документальный фильм, рассказывающий о том, каких успехов они добились в обеспечении безопасности пилота и изучении действия невесомости на человека. В одной из частей фильма люди, кошки и голуби поднимаются в воздух на модифицированном грузовом самолете C-131 и подвергаются невесомости просто так, для развлечения зрителей. Кошки, в частности, как видно по отснятому материалу, прекрасно переворачиваются в воздухе при нормальной гравитации, но, находясь в невесомости, начинают беспорядочно кувыркаться в пространстве, не будучи в состоянии определить, где верх, а где низ. То же самое происходит с голубями; люди справляются с ситуацией намного лучше, вероятно, потому что заранее готовы к возникающим условиям.

Можно сказать, что этот фильм знаменует собой вершину первых предпринятых ВВС исследований действия невесомости на живых существ — исследований, которые к этому моменту продолжались уже около 10 лет. Кошки благодаря своему природному таланту переворачиваться в правильное положение в воздухе помогли не только в этих разработках. Им предстояло сыграть серьезную роль и в последующей работе, когда NASA попыталось определить наилучший способ менять ориентацию для астронавтов, плавающих в пространстве. Замечательно, что кошкам пришлось многому научить людей, когда человечество делало свои первые шаги к звездам.

Путь в космос для людей — и кошек — начался с маленькой группы идеалистов и энтузиастов конструирования ракет в Германии в 1920-е гг. У этих увлеченных людей, мечтавших о космических полетах, было более чем достаточно энтузиазма, но не хватало средств. В начале 1930-х гг. их усилия привлекли внимание германской армии, поскольку оказалось, что они могут помочь в разрешении одной из стоявших перед Германией политических проблем. Версальский договор, подписанный после Первой мировой войны, запрещал Германии создавать сколько-нибудь значительные вооруженные силы и традиционные современные системы вооружений. Ракетная техника не была включена в список просто потому, что в ходе Первой мировой войны она не использовалась как оружие. Воспользовавшись этим упущением, Германия, в принципе, могла создать новые атакующие системы дальнего действия, не навлекая на себя громы и молнии остальной Европы. Понаблюдав за ракетными испытаниями любительской группы, германская армия предложила работу основной части ракетчиков, включая и знаменитого (часто печально знаменитого) Вернера фон Брауна. Так начались исследовательские работы, кульминацией которых стали ужасающие бомбардировки ракетами Фау-2 Лондона во время Второй мировой войны.