Mokslo ir technologijų pasaulis

Išgyvenimo rekordai tokie: 18 aukštų ant kieto paviršiaus (betonas, asfaltas, suplūktas gruntas, automobilio stogas), 20 aukštų į krūmus ir 28 aukštai ant užtiesalo ar tento

Katės, kaip žinia, turi devynis gyvenimus; jei tikėsime šiuo priežodžiu, tai mažiausiai keturis iš jų katės įgyja dėl unikalios, įvairiais laikais skirtingai vadintos, savybės: katiniško persivertimo, teisingos orientacijos atstatymo reflekso, katės kūliavirsčio, rašo fizikas Greg Gbur, knygos „Falling Felines and Fundamental Physics“ autorius.

Krisdamos iš aukštai, katės visada nusileidžia ant letenų, kad ir kokia jų padėtis būtų kritimo pradžioje. Tai niekam ne paslaptis, tačiau kaip dažnai būna su tokiais kasdieniais faktais, šio nuostabaus gebėjimo mechanizmas lig šiol nėra iki galo suprastas – ir jį paaiškinti be mokslinių duomenų visiškai neįmanoma. Be to, iš puikios Gburo knygos, kurioje dera gilus mokslas ir išradingu dėstymo lengvumu, sužinome, kad katiniško persivertimo problema domėjosi didžiausi mokslo protai, o XX amžiaus fizikos istorijoje katės suvaidino itin svarbų, jei ne lemiamą vaidmenį (kas gi galėtų suabejoti).

Skyrelio „Katės kaip paslapčių saugotojos“ ištraukoje svarstoma kontrintuityvi katiniško persivertimo problema: kodėl krentant iš aukštai, kačių išgyvenimo šansai didesni, nei krentant iš žemiau?

1825 ⁠metais keliuose ritanijos laikraščiuose pasirodė pasakojimas apie tragediją, susijusią su katėmis.

Garsusis Mannheimo observatorijos teleskopas, žymiojo vengrų optiko Spaigerio šedevras, prieš kelias dienas kuo neįtikimiausiu būdu buvo sunaikintas. Observatorijos tarnautojas išėmė iš teleskopo linzes, ketindamas jas nuvalyti, o paskui sumontavo jas atgal, nepastebėjęs, kad per tą laiką į teleskopo vamzdį įsmuko katė. Naktį sutrikdyta stiprios Mėnulio šviesos, ji bandė pabėgti; tačiau nuo jos pastangų instrumentas persivertė, ir, nukritęs nuo bokšto viršūnės, sudužo į šukes.

Amerikietis poetas Anthony Bleecker spėjo, kad katė krisdama užsimušė, ir šis įvykis įkvėpė jį parašyti eilėraštį „Spaiger mergaitės kreipimasis į savo katę“ (Jungfrau Spaiger’s Apostrophe to Her Cat) – įsivaizduojamą astronomo dukters skundą dėl mylimo augintinio mirties. Štai nedidelė eilėraščio ištrauka:

<…>

Or, tell me Puss, ’tis what I dread the most,
Did some Kilkenny cat make thee a ghost?
Canst thou not speak? Ah then I ’ll seek the cause;
What see I here? the bloody prints of paws;
And oh, chaste stars! what broken limbs appear,
Here lie thy legs; the Telescope’s lie here.
The Telescope o’erturn’d;—too plain I see
The cause, the cause of thy cat-astrophe.

<…>

---

<…>

 

Sakyk, katyt, negi nutiko tai, bijojau ko labiausiai,
ir koks Kilkenio katinas šešėliu pavertė tave?
Tad negali išleist nė garso? Ah, priežasties ieškosiu;
Ką regiu? Štai žymės letenėlių kruvinų;
Ir, ak, skaisčiausios žvaigždės! Lūžusios kojelės
ir teleskopas tįso čia.
Nuverstas – matau aiškiausiai – teleskopas
ir tapo priežastim šios kat-astrofos.

<…>

Šis įvykis tragiškas ir katei, ir astronomui – jei, žinoma, iš tiesų įvyko. Tačiau yra rimtų priežasčių abejoti, kad istorija vyko taip, kaip papasakota. Taip pat sunku įsivaizduoti brangų, naujausią teleskopą, kažkokio bokšto viršūnėje nepatikimai sumontuotą taip, kad galėtų lengvai nuvirsti ir nukristi žemės. Be to, nė viename tų dienų astronomijos žurnale apie jokį katastrofišką nutikimą Mannheime neužsimenama.

Taip pat galėtume suabejoti, kas Spaigerio katė – jeigu kada nors iš viso tokia egzistavo, – žuvo nukritusi. Persivertimo refleksas katiniams padeda išgyventi netikėtus nusprūdimus ir kritimus, tačiau miestuose atsiradus aukštų pastatų, katės visiems galėjo pademonstruoti dar vieną, gal net paslaptingesnį, gebėjimą: katės ne tik turi daug šansų išgyventi kritimus iš aukštai; krentant iš itin didelių aukščių, tikimybė joms išgyventi netgi didėja.

1885 metais Čikagoje buvo pastatytas pirmasis pasaulyje šiuolaikinis, metalinį karkasą turintis dangoraižis – 10 aukštų draudimo kompanijos Home Insurance pastatas. Ši techninė naujovė atvėrė kelią vis aukštesnių pastatų – tiek komercinių, tiek ir gyvenamųjų – statybai, ir suteikė katėms galimybę apsigyventi vis aukščiau ir aukščiau. Natūralu ir neišvengiama, kad katės iš tokių aukščių ėmė kristi.

Home Insurance pastato statytojai, savaime suprantama, negalėjo numatyti, kad jų darbo rezultatu taps naujas katinių gyvūnų susirgimas – aukštuminis sindromas. Šį reiškinį atrado ir aprašė Gordonas Robinsonas, Amerikos žiauraus elgesio su gyvūnais prevencijos draugijos (ASPCA) Henrio Bergo memorialinės ligoninės Niujorke chirurgijos skyriaus vadovas; jis pastebėjo, kad gerokai padažnėjo kačių kritimo atvejai.

Robinsono straipsnis šia tema publikuotas 1976 metais; sindromas pastebėtas ir atpažintas, nuo pirmojo dangoraižio pastatymo praėjo beveik 100 metų. Robinsonas pastebėjo, kad tokį delsimą iš dalies galima paaiškinti tuo, kad dauguma gyvūnų savininkų paprasčiausiai nesuprasdavo, kad gyvūnas nukrito.

 

Istorija gali būti gan paini. Gyvūnų savininkai dažnai nepamato, kas įvyko, ir nusprendžia, kad kas nors – namo šeimininkas, valdytojas, darbininkas ar kuris nors bičiulis – įėjo į kambarį, o katė išbėgo į koridorių ir pabėgo per pagrindinį išėjimą ar gaisrinėmis kopėčiomis į gatvę ar galinį kiemą, kur ir nutiko koks nelaimingas atsitikimas ar apsinuodijimas.

Robinsono straipsnio, – pirmojo, kuriame nagrinėta ši temą, tikslas buvo atkreipti į sindromą dėmesį ir padėti veterinarams išmokti jį atpažinti.Robinsonas apibrėžė aukštuminį sindromą dažniausiai lydinčių trauminių reiškinių triadą: epitaksis, kietojo gomurio lūžis ir pneumotoraksas.

Epistaksis – griežtas medicininis kraujavimo iš nosies pavadinimas, o pneumotoraksas – terminas, žymintis plaučių subliuškimą. Kietasis gomurys – kaulinė plokštelė burnos ertmės viršuje, atskirianti ją nuo nosies takų; iš aukštai nukritusios katės kietasis gomurys dažnai lūžta per vidurį iš priekio atgal. Be šių trijų pagrindinių traumų, katės gali susilaužyti ir kitus kaulus ir dantis.

Robinsonas pastebėjo, kad katės gali išgyventi kritimą iš labai aukštai. Rekordiniai išgyvenimo aukščiai: 18 aukštų ant kieto paviršiaus (betonas, asfaltas, suplūktas gruntasautomobilio stogas), 20 aukštų į krūmus ir 28 aukštai ant užtiesalo ar tento (be abejonės, šie skaičiai sukels srautą „laiškų redaktoriui“, kuriuose bus aprašomos katės, nukritusios iš dar aukščiau ir išgyvenusios).

Tačiau elementarios fizikos žinios rodo, kad toks geras iš aukštai krintančių kačių išgyvenamumas – bent jau lyginant su žmonėmis – itin stulbinti neturėtų. Svarbiausia, kad katės, kitaip nei žmonės, turi persivertimo ore refleksą ir dažniausiainusileidžia aukštyn galva, kas itin svarbu išgyvenimui. Svarbus ir santykinai nedideli kačių matmenys.

Patarlė, kad „užmuša ne kritimas, o staigus sustojimas“ teisinga: kritimo traumos priežastys yra netolygus gyvos būtynės kūno stabdymas. Jeigu, tarkime, gyvūnas nusileidžia ant letenų, tai jos iš karto nustoja judėti, tačiau virš jų esantis kūnasjuda toliau; todėl apatines kūno dalis ima traiškyti iš inercijos tebejudančios viršutinės. Kuo masyvesnis padaras, tuo labiau jį žaloja nuosavas svoris; katės už žmones pranašesnės bent jau mažesniu svoriu.

Be to, nesunkios katės ribinis greitis – kai traukos jėgos ir oro pasipriešinimo jėgos susilygina, – yra apie 100 km/h, o tai maždaug dvigubai mažiau už krentančio žmogaus ribinį greitį.

Robinsono straipsnis apibrėžė kačių aukštuminį sindromą; tačiau jame nepateikiama jokių kiekybinių kačių išgyvenamumo po kritimo iš didelio aukščio duomenų.

Pirmą kompleksinį tokių klausimų tyrimą 1987 metais atliko Niujorke veterinarijos centro chirurginio skyriaus gydytojai Wayne Whitney ir Cheryl Mehlhaff. Autoriai išanalizavo 132 aukštuminio sindromo atvejus ir išsiaiškino, kad kritimą išgyveno pribloškiamai daug kačių – 90%. Negana to, gydytojai patvirtino, kad didėjant kritimo aukščiui, vidutiniškai daugėja ir traumų, tačiau tokia priklausomynė galioja tik iki aštunto aukšto. Kaip bebūtų keista, krentant iš didesnio aukščio – daugiau nei iš aštunto aukščio – vidutinis traumų, visų pirma lūžių, skaičius staigiai mažėja.

Tai esminis Whitney ir Mehlhaffo straipsnio grafikas. Traumos į kategorijas suskirtytos panašiai, kaip tai iš pradžių atliko ir Robinsonas, tik „kraujasvimas iš nosies“ pakeistas „lūžiais“. Matoma, kad devynis ir daugiau aukštų praskriejusių kačių visų traumų skaičius gerokai sumažėja.

Rezultatai itin įdomūs ir kontrintuityvūs – tačiau ar tikslūs? Kadangi niekas, atlikdamas kontroliuojamus mokslinius eksperimentus, kačių niekas nuo stogo, laimei, nemėto, aukštuminio sindromo tyrėjai turi remtis tais atvejais, kai katės patenka pas veterinarus, tad, lieka galimybė, kad duomenys yra kažkaip iškreipti.

Įsivaizduokime, kad krisdamos iš didžiausio aukščio, daugiausiai traumų patyrusios katės iš karto nugaišta. Tokių kačių vaeterinarams niekas neneš, ir Whitney bei Mehlhaffo duomenys klaidingai pastumti į sveikesnių, patyrusių mažiau traumų kačių pusę. Gali būti ir kitų šio keisto rezultato priežasčių, tačiau tokios galimybės atmesti negalima.

Pakartotinių tyrimų šia tema gan ilgai nebuvo atliekama. Nors katės reguliariai krenta nuo visokiausių aukštumų, nedaug kur yra pakankamai aukštų namų, kad duomenis būtų galima nesunkiai patikrinti. Tik 2004 metais Kroatijos veterinarų bendruomenė Zagrebe sugebėjo surinkti pakankamai duomenų, kad galėtų patikrinti Whitney ir Mehlhaffo kritimo iš ekstremalaus aukščio tyrimo duomenis. Ištyrę 119 atvejų, jie aptiko, kad iš aukščiausių aukštų krintančioms katėms iš tiesų pasireiškia mažiau lūžių, tačiau, sprendžiant iš visko, torokalinių [juosmens] traumų padaugėja.

Jei šiuose duomenyse nėra rimtų sisteminių klaidų, galima iškelti kitą natūralų klausimą: kodėl iš aukšiau, nei aštuntas aukštas krentačios katės patiria mažiau – bent jau kai kurių rūšių – traumų? Pažymėdami, kad traumų sumažėjimo momentas maždaug sutampa su aukščiu, iš kurio krisdamos katės įgyja ribinį greitį, Whitney ir Mehlhaffas iškėlė tokias hipotezes:

 

 

Kaip buvo galima tikėtis, mūsų kačių traumų skaičius atstumui ir kritimo greičiui buvo proporcingas iki maždaug 7 aukšto – šiek tiek aukščiau, nei pasiekiamas ribinis greitis. Tačiau buvo nuostabu, kad daugiau nei septynis aukštus pralėkusioms katėms lūžių nustatyta mažiau. Tai aiškiname, darydami prielaidą, kad katė, kol nepasiekia ribinio greičio, patiria pagreitį ir refleksiškai ištiesia letenas, kurios dėl to lengviau lūžta. Tačiau pasiekus pastovų greitį, nelieka vestibiuliarinį aparatą stimuliuojančio pagreičio, todėl katė gali atsipalaiduoti ir letenas ištiesti panašiai, kaip daro voverė skraiduolė. Tokioje horizontalioje padėtyje smūgio jėga tolygiau pasiskirsto po kūną.

Būtent dėl tokio paaiškinimo dabar sutariama, nors proceso fizika pateikiama kiek klaidingai. Iš tiesų laivai krisdama gravitaciniame lauke, katė greitėja, tačiau pagreičio nejaučia – ji visiškai besvorė. Visiško nesvarumo būsena krentančiai katei, be abejo, nemaloni ir verčia ištiesti letenas žemyn. pasiekusi ribinį greitį, katė turėtų pajusti savo normalų svorį; gali būti, tada jai užtenka sveiko proto atsipalaiduoti ir prieš smūgį letenas ištiesti horizontaliai į šonus.

Tačiau tikėtina, kad kačių strategija vien atsipalaidavimu neapsiriboja. 2012 metais Bostono katinas Cukrelis išgyveno nukritęs iš 19 aukšto, atsipirkęs smulkiomis traumomis. Iš tyrimo galima daryti prielaidą, kad šis katinas galbūt panaudojo odos klostes pažastyse, kad nusileistų norimoje vietoje, – panašiai, kaip sklendžia voverė skraiduolė, naudodama sparnus primenančias odines membranas. Cukrelis nusileido ant krūvos medžio pjuvenų, iš visų pusių apsuptos plytomis ir betonu, kas rodo arba neįtikėtiną sėkmę, arba tai, kad jo skrydis (krytis?) buvo šiek tiek valdomas.

Whitney ir Mehlhaffo straipsnyje rekordininke vadinama katė Sabrina, iš 32 aukšto nukritusi ant betono ir atsipirkusi tik lengvu pneumotoraksu ir nuskilusiu dantimi. 2015 metais Hongkonge katė Jommi visai nesusižalojo, krisdama iš 26 aukšto, nors Jommi pasisekė nukristi tento – ir pramušti jį kiaurai. Jos savininkė šį nutikimą ir nerūpestingą katės reakciją atsimena taip:

Palikome vos pravertą oralaidę, kad prasivėdintų kambarys ir staiga į galvą kniostelėjo siaubinga mintis, kad per tą plyšį galėjo prasispausti katė. Pažvelgiau apačion ir išvydau didelę skylę tente dvidešimt šešiais aukštais žemiau; supratau, kad ji nukrito. Jos kritimo jėga buvo tokia didelė, kad sulinko aliumininis tento karkasas, todėl galite įsivaizduoti mano šoką, kai įėjau vidun ir radau ją lyg niekur nieko belaižančią letenėles.

republic.ru

Gregory J. Gbur "Falling Felines and Fundamental Physics"
Альпина нон-фикшн „ Загадка падающей кошки и фундаментальная физика“