为何物理学家热衷研究下落的猫?麦克斯韦还以“扔猫大师”而著称 | 歪事正解-资讯-知识分子

为何物理学家热衷研究下落的猫?麦克斯韦还以“扔猫大师”而著称 | 歪事正解

2020/11/09
导读
落猫问题解决了吗?
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。



图1 从麦克斯韦到斯托克斯,他们都是物理学界的“扔猫大师”,图片来自quora.com


撰文 | 格雷戈里·J·格布尔 (Gregory J. Gbur)

译者 | 戴一


在19世纪的物理学史中,你可能找不到比詹姆斯· 克拉克· 麦克斯韦更著名的人物了。1831年,麦克斯韦出生于苏格兰,他于1879年英年早逝的时候,已经在科学和工程学的多个领域做出了重大贡献。他最突出的成就是统一了电和磁这两种数千年来被认为无关的现象,提出了电磁学。19世纪60年代,麦克斯韦在分析了其他物理学家的理论后,得到了一个完整自洽的方程组,这些方程预测,电与磁结合起来会产生一种振荡并向外传播,这就是电磁波。在此基础上,他更进一步,天才地指出,长期以来被认为和电、磁无关的可见光,其本质上就是电磁波。


有人认为,麦克斯韦的发现为近代物理学的一大基本思想奠定了基础,即认为所有已知的物理作用力都能用一个基本作用力统一起来。为了纪念麦克斯韦,他的方程组被命名为麦克斯韦方程组。


麦克斯韦同时也以扔猫闻名。麦克斯韦的扔猫生涯始于大学期间。1847年,16岁的麦克斯韦进入爱丁堡大学学习。

图2 麦克斯韦夫妇(1869 年)。没有证据表明麦克斯韦是否同样抛掷了图中的狗
图片来源:维基共享资源。


1850年,麦克斯韦转入剑桥大学三一学院学习数学,并研究人类对颜色的感知。作为最杰出的学生之一,毕业后他留在三一学院做了两年研究。在剑桥大学做研究的这两年,麦克斯韦会利用部分空闲时间研究下落的猫为什么总是脚着地。


1870年,麦克斯韦重返剑桥大学,发现在他离开学校的这些年,关于他用猫做实验的故事已经流传开来。在写给他夫人凯瑟琳· 玛丽· 克拉克· 麦克斯韦的信中,麦克斯韦对此进行了说明:“三一学院流传着一个传说,说我在三一学院时经常往窗外扔猫,因此发现了一种使得猫不以脚着地的扔法。我只得向他们解释,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。” 麦克斯韦在信中看起来似乎对凯瑟琳表示抱歉,并让她相信并没有猫受到伤害。尽管他的实验确实挺奇怪,但这件事不到20年就成为传说也足够让人意外。


麦克斯韦并不是那个时代唯一研究落猫问题的著名科学家。大约同一时间,爱尔兰物理学家、数学家乔治· 加布里埃尔· 斯托克斯( George Gabriel Stokes, 1819—1903)也开始了他自己的非正式研究。和他的朋友麦克斯韦一样,斯托克斯从小出类拔萃,于1849年获得了研究者们梦寐以求的卢卡斯数学教授讲席职位,他一直担任此职位直到去世。担任过这一职位的其他人还有研究黑洞的史蒂芬· 霍金、量子物理学家保罗· 狄拉克、计算机先驱查尔斯· 巴贝奇( Charles Babbage)和近代物理学之父艾萨克· 牛顿。斯托克斯的成就当然也足以和这些杰出人物并列,在他漫长的研究生涯中,他对数学、流体力学和光学做出了重大贡献。


所有数学家和物理学家都知道斯托克斯定理,这一重要定理在物理学的几乎所有分支中都有应用。纳维–斯托克斯方程(简称N–S方程)也以斯托克斯的名字命名,这一重要的数学公式描述了流体的流动(它们的性质至今尚未完全明确)。斯托克斯也发现了荧光现象,即物体在不可见光照射下发光,这一过程把不可见的紫外光转换成了可见光。


科学履历如此雄厚的斯托克斯也对猫为什么落地时总是脚着地进行了一些非正式的研究。他的实验数据没有保留下来,但是在他去世数年后,他的女儿在回忆录中提及了此事。


他和同时期的麦克斯韦教授一样对猫翻身(这个词语描述的是这一现象:抓住猫的四肢让它背部朝下,松手让它下落,猫将脚着地)感兴趣。他通过检眼镜检查了猫的眼睛,也检查了我的狗“珍珠”的眼睛。但是珍珠对检查眼睛的兴趣不如麦克斯韦的狗,麦克斯韦的狗很喜欢自己被主人检查眼睛。


真是奇怪,两个杰出物理学家都被下落的猫这一寻常的现象所吸引。这两位杰出人物在落猫问题中看到了什么旁人没有注意到的东西吗?他们看到了一个秘密。


长期以来,猫被人们视为用魔法守护秘密的生物。而在落猫问题中,我们将看到这一表述多么精确。


愿意趴在壁炉旁,安静的斯芬克斯,

我工作时的朋友,我放松时的伙伴,

你就是拉的传说,拉美西斯的神话[1], 

即便他们被遗忘,你仍将永被铭记。

谢谢你温柔的眨眼,

我将在你海绿色眼睛的注视中睡去。


像麦克斯韦和斯托克斯这样从猫的身体翻转问题中看到有趣和不同寻常东西的人,只是少数。他们同时期的文献表明,大多数人认为这是一个无关紧要的问题,而且早已被解决。然而常见的解释是错误的,这使得近两百年来人们未能对猫翻身能力进行严肃的研究。这一错误解释与作为正式科学的物理学的起源密切相关。


19世纪下半叶,关于猫翻身的解释没有出现在科学期刊上,而是出现在爱猫人士撰写的书籍中。这类图书的大量出现,是为了与常识中对猫的负面看法相对抗。长期以来,出于心理学上对于猫的迷信和愚昧认知,西欧人并不喜欢猫。猫一直被认为是自私、冷血的,丝毫不关心饲养它们的人类,这些看法根深蒂固,有些甚至延续至今。


猫,特别是黑猫,成为女巫故事中的标配;大家默许甚至合理化对猫的暴力行为,保护猫的人经常被调侃嘲笑。查尔斯· H. 罗斯( Charles H. Ross)在1893年出版的《猫之书》( Book of cats)的序言中回忆了他的经历。


很久以前的一天,我突然意识到我应该写一本关于猫的书。我将这一想法告诉了我的一些朋友,第一位朋友在我刚说出想法时就爆笑不止,所以我没有进一步解释;第二位朋友说已经有上百本关于猫的书了;第三位朋友则说,“没有人会读这样的书”,又补充道:“何况你对于这一主题又了解多少呢?”我还没来得及解释,他又表示,想必我对此问题并不了解多少。一位朋友突发奇想:“为什么不写写狗呢?”另一位朋友则说:“马也可以,猪也挺好,噢对了,下面这个最厉害:‘《驴之书》,作者:它们家族的一员’。”


尽管存在这样的社会偏见,罗斯和很多人依旧将猫视为宠物、朋友和令人着迷的对象。爱猫人士也不会在乎其他人怎么看待他们的著作。威廉· 戈登· 斯特布尔斯( William Gordon Stables) 1840年前后出生于苏格兰班夫郡,一生独自冒险。当他还是阿伯丁马歇尔学院一名19岁的医学生时,他就登上了格陵兰捕鲸船前往北极圈,这只是他旅行的开始。1862年,斯特布尔斯取得了医学博士和外科硕士学位,毕业后被任命为英国皇家海军的外科助理医师,先后在水仙号(驻扎在好望角)和企鹅号(在莫桑比克沿海打击奴隶运输船)服役。在非洲服役若干年后,他又在地中海和英国驻扎了一段时间。1871年,斯特布尔斯因为身体原因退伍,但他的传奇仍在继续:他做了两年商人,从南美洲沿岸一直航行到非洲、印度和南太平洋。1875年,他最终在英格兰特怀福德定居,开始了高产的作家生涯,共出版图书130余册,其中大多数是以自己经历为蓝本的少年冒险故事,另外他还写了大量关于动物和动物护理的书。


今天看来,他最为人熟知的著作应该是他的指南《猫:它们的品质与习性,它们的生活逸事以及疾病》( Cats: Their Points and Characteristics, with Curiosities of Cat Life, and a Chapter on Feline Ailments),该书首次出版于1875年前后。这是一本猫的百科全书:包含了关于猫的有趣或恐怖的奇闻逸事,对家猫起源的讨论,关于猫疾病的指南,关于逗猫的建议,关于支持英国反虐猫相关法律的论据等,而与本书更相关的是其中对猫总是脚着地的解释。


为什么猫总是脚着地,这个问题不难回答。当猫刚从高处落下时,它会自然地蜷曲成半圆形,背部是最低点,如果它就这样着地,它会因为脊椎断裂而死。当它下落一二英尺时,本能会驱使它突然舒张背部肌肉,伸展四肢,这样腹部凸出,背部下凹,通过改变重心而翻身。这样一来,它只需要以这样的姿势落地,正好就是脚先着地。


这一解释听起来合理,也能满足大多数19世纪人们的好奇心。


想象一只猫前后脚悬挂在两个固定支架上,它看起来就像梳妆台抽屉的铰链式手柄一样,如图3( a)所示,它的重心(将猫视为一个整体时,重力所作用的点)将低于支架。当猫如图3( b)所示凹起背部时,它的重心将高于支架,这是一个不稳定的状态。一旦它凹起背部,一丝微小的扰动都将使得它的重心回到支架以下,如图3( c)所示。这样一来,本来背部着地的猫就翻转过来,变成脚着地了。


斯特布尔斯的解释简洁有力,物理上也似乎可行,可惜是错误的。

图 3  斯特布尔斯描述的猫在下落时的姿势变化,O为重心,图片来源:莎拉· 阿迪( Sarah Addy)。


只有将猫像图中一样前后脚悬挂在定点的情况下,你才可能移动它的重心高于或低于那些定点。自由落体的猫并不能悬挂在任何东西上,猫身体位置的变化完全不会影响其稳定性。


斯特布尔斯似乎认为他提出的这一解释是显而易见的。他可能一开始是从我们已经提及的物理学家麦克斯韦那儿知道这一点的。1856年,麦克斯韦在马歇尔学院获得自己的首个教授职位,一年后斯特布尔斯开始在那里学习医学。显然两人有交集,年轻的麦克斯韦给斯特布尔斯留下了深刻的印象。在他1895年出版的半自传小说《从田间到讲台:生命抗争的故事》( From Ploughshare to Pulpit: A Tale of the Battle of Life)中,斯特布尔斯讲述了一个年轻小伙子从农场到马歇尔学院的故事。在对众多教授的描述中,我们找到了下述描写麦克斯韦的文字,书中甚至没有使用假名。


接下来就是可怜的麦克斯韦了,他在科学界闻名遐迩,一头棕色的头发,英俊、体贴又充满智慧。他会在早餐时给他的学生讲科学故事,他总是浅浅微笑而从不哈哈大笑。他在倒茶前总要往杯子里加入半杯美味的奶油,也许这是因为他觉得浓茶对年轻教师的身体不好。可怜的麦克斯韦,他就这样离开了我们,他的去世是世界的巨大损失。


在麦克斯韦对猫翻身产生兴趣之前,其他书籍中就有了对这一现象的类似解释,如M. 巴特尔( M. Battelle) 1836年出版的《自然史的第一课:家养动物》First Lessons of Natural History: Domestic Animals


人们总是会看到这样的情景并感到惊奇——一只猫从高处下落,尽管下落时好像是背部朝下,最终却总是脚着地。对猫而言,从房子的最高处落下并非罕见,但它们下落得如此轻松,以至于它们好像在落地的瞬间就能溜走。这一奇怪效应是因为在下落的时候,这些动物会反弓身体,做出背部复位的动作:这些动作让它们的身体转了半圈,使得它们脚着地,总是能挽救它们的生命。


尽管其中并没有重心的字眼,但这一解释和斯特布尔斯的说法显然是一样的。但是这一说法历史更悠久,在1758年J. F. 迪菲( J. F.Defieu)出版的物理习题册中已经出现了。


问题94:一只猫从三楼落下,下落的瞬间四脚朝上,为什么它可以毫发无伤地四脚着地?


答:由于害怕的本能,猫会反弓背部、凸出腹部,伸展四肢和头部试图恢复正常的姿势,给了四肢和头部更大的支撑力。在这不同寻常的动作下,重心高于几何中心,但是并不稳定,很快重心下降,使得猫的腹部和头部翻转,脚先着地。因此猫在落地时会最后发现自己是四脚着地,总之,没有更多解释了。


我找到的斯特布尔斯解释的最终来源是1842年出版的法语版《谚语的词源、历史和逸事大全》。书中有这样一句谚语:“似乎猫下落时总是脚着地。” 7这句谚语的条目中给出了猫翻身解释的原始作者——安托万· 帕朗( Antoine Parent),这位被大众遗忘的法国数学家在1700年出版了世界上第一本对这一问题给出物理学解释的书籍。


帕朗1666年出生于巴黎,在很小的时候就展示出了数学方面的天赋。3岁时候,他去乡下和他的叔叔安托万· 马莱( Antoine Mallet)共同居住。马莱是教区的牧师,不仅是杰出的神学学者,也是有天赋的博物学者。马莱发现小帕朗对数学充满好奇心,所以给他搜罗了所有能找到的数学书。帕朗如饥似渴地阅读了这些书,并且独立证明了多条数学定理。13岁的时候,他就已在大量的书中写满了注释和评论。

没过多久,他去给在沙特尔教修辞学的一位家人的朋友做学徒。这位老师家中有一个展示为何地球上不同地方的日晷设计会不一样的模型,它是一个正十二面体,每一面都有一个日晷,表明在地球上的对应位置日晷应当怎样设计。帕朗被这个日晷精妙的设计迷住了,试图自行推导背后的数学原理,但失败了(对于一个14岁的男孩而言,这也是意料之中的事)。他的老师告诉他,日晷是根据地球的球面几何构造的,这个名词把他吓到了,因此他开始着手写作自己制作日晷的方法。


尽管帕朗对数学充满热情,但他也遇到了很多艺术家和科学家都经历过的事情:朋友们劝说他去巴黎接受律师的训练,毕竟做律师是一个比研究数学更赚钱的职业(无论过去还是现在)。然而,他一获得法学学位,就躲在巴黎多尔芒–博韦学院的住所里闭门不出,尽管收入不多,他仍专注于自己的数学学习。他唯一的出行是去巴黎皇家学院与杰出学者交流、听他们讲课,这些学者中就有研究几何学和声学的数学家约瑟夫· 索弗尔( Joseph Sauveur)


帕朗是个有进取心的人,而法国与西欧国家联盟爆发的九年战争刚好给了他通过教书提高收入的机会。因为战争需要大量懂得数学和军事工程的士兵,而帕朗可以教授学生如何建造防御工事。这方面他并无亲身经验,毫无疑问他就这一主题从老书中吸收了很多知识,其中就包括让· 埃拉尔( Jean Errard) 1600年出版的《防御工事的演示和模型制作》 La Fortification Démonstrée et Réduicte en Art。 


对于教授他并无实践经验的科目,一开始帕朗也心存顾虑。他把自己的担忧告诉了索弗尔,索弗尔给他推荐了一份工作。帕朗因此被引荐给了阿利格尔侯爵( Marquis d’ Aligre),阿利格尔侯爵是参加九年战争的一位贵族领袖,他非常需要数学家的帮助。帕朗在阿利格尔手下经历了两场战役,也因此获得了优秀的科学家、数学家和思想家的美誉。


1699年,帕朗因名获利。这一年,数学家吉勒· 菲约· 德比耶特( Gilles Filleau des Billettes)作为机械专家进入巴黎皇家科学院,他极力举荐帕朗作为自己的弟子。自此帕朗的学术地位逐渐稳固,在不同学科都有所建树,包括解剖学、植物学、化学、数学和物理学。但他与生俱来的热情和随心所欲的天性却妨碍了他的事业。


但知识的跨度、天生的热情和急躁的脾气导致他性格中充满矛盾,他在任何场合都放荡不羁,经常不重礼节,有时急躁到广受责备的地步,因此他的论文也经常被同行严厉苛责。他的作品是出了名地晦涩难懂,他自己也知道,但就是难以改正。


上文是从一本1795年出版的数学词典中摘选的片段,原片段翻译自帕朗死后他在巴黎皇家科学院的同事为纪念他而作的文章。看来,他的性格讨厌到了让他的同事们要写在纪念文章中流传后世的程度。


即便如此,帕朗仍定期向科学院汇报他的成果,直到他去世。这些成果大部分刊登在学院期刊《皇家科学院院史》上,其中就有关于落猫问题的最早解释。这一错误的解释出版于1700年,流传了差不多两百年。文章题为《物体在水中“游泳”的物理学分析》。只看标题,这篇文章似乎与落猫的物理学原理完全无关,但是别被它看起来的样子所欺骗,何况这是帕朗这么一个怪人的作品。


帕朗的论文主要论述的是被淹没的物体受到的浮力。公元前250年,古希腊哲学家、数学家阿基米德首先发现浸在水中物体的浮力等于物体排开水的重力。任何浸没在水中的物体都受两个力作用:向下的重力和向上的浮力。如果重力大于浮力,物体就下沉;如果重心小于浮力,物体就会漂浮在水面。

图4  悬浮球体的动力学分析

图片来源,作者绘制。


水池中水的密度随深度增加,意味着在越深的地方,同样体积的水的重量越大。一个木球比等体积的水池表面的水还要轻,因此木球会上浮直至漂浮在水面;而一个铅球的重量比等体积的池底的水还要重,因此铅球会沉在水底。如果制作一个中间有个小小的铅心、外面是木球壳的物体,如上图左部所示,通过调整铅心的大小,可能可以让这个复合物体悬浮在水下,用帕朗的话说是在“游泳”。


再设想,如果这个复合物体不是对称的,铅心不在木球壳的球心,如上图右边所示,这时复合物体的重心就不在球心的位置了,而是更靠近铅心。这样一个复合物体会和之前那个复合物体一样悬浮在水中吗?


意 大 利 物 理 学 家 乔 瓦 尼· 阿 方 索· 博 雷 利( Giovanni Alfonso Borelli)几十年前已经研究了这一问题,刊登在1685年出版的两卷本的《动物的运动》( De Motu Animalium)中。博雷利对运用数学和物理学研究动物的各种运动及肌肉组成很感兴趣。基于在这一领域的重要发现以及关于动物可以被视为复杂机器的观点,今天博雷利被视作生物力学之父。


博雷利之所以研究水中球体的问题,是想弄清楚动物如何在水中运动。博雷利认为,如果把上述重量分布不对称的球体以铅心部分朝上的状态放入水中,它将先下沉,到达浮力和重力平衡的点,然后球体将绕着球心旋转,直到重心(铅心)到达最低点。


帕朗则认为这一过程会更复杂,他的物理学知识比博雷利更丰富,可以支撑他的观点。牛顿的杰作《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)出版于1687年,比博雷利的著作晚两年,书中首次提出了一个计算大质量物体的运动的完整的数学理论。受牛顿这本书的启发,帕朗注意到重力和浮力可以作用于球体上不同的点。浮力作用于球体的几何中心(球心),而重力作用于重心(铅心)。帕朗认为,因为力作用于不同位置,球体将围绕球心和重心之间的某个位置旋转。这个过程将发生在球体下沉到平衡位置的途中。


这个边旋转边下沉的物体似乎和下落的猫很相似,而帕朗显然认为两者本质上是一样的。在数学证明之后,他写下了以下文字:


猫和其他类似的动物(如貂、臭鼬、狐狸和老虎等)从高处掉下时经常是脚朝上、四肢高于躯体,本应该是头着地,但它们落地时却总能调整到脚着地。在空中由于没有着力点,它们肯定无法翻转自身。但是害怕的本能使得它们凹起背部,使身体中心上升,同时伸展它们的头和四肢,仿佛要去够它们掉落前所在的地方,这样又增大了头和四肢的力矩。因为重心和几何中心不一致,重心更高,根据M. 帕朗的证明,这些动物在空中必然会旋转180°,使得脚朝下,这就救了它们一命。在对这类过程的描述上,最精湛的力学知识也不会比混乱、盲目的诗歌更好。


物理学家解决问题时习惯过于简化,使得问题面目全非,这一特点广为人所诟病。物理系学生之间流传很久的一个笑话是关于奶牛建模的:“现在为了简化问题,我们认为这只奶牛是球形的。”帕朗在论文中几乎就是这么做的,他将下落的猫视为悬浮的球体。


帕朗的论证就是落猫问题的最早解释,至少是斯特布尔斯解释的来源,在之后150年里被其他爱猫人士多次引用复述:猫凹起背部,使得它的重心高于旋转中心,完成翻身。斯特布尔斯对于猫的旋转中心在哪里含糊其词,但在帕朗的原始论文中,他提出猫是围绕所谓的悬浮中心旋转的。


然而,这个论证是不正确的。空气当然有浮力。比如松开氦气球它们会飘起来。但是对于动物和人而言,浮力相较于重力而言可忽略不计,我们在日常生活中是不可能飘起来的。如果要通过浮力使得猫在瞬间翻身,重力和浮力应该大致相当。


不过,有意思的是帕朗的方法在某种程度上适用于下落的人,但引起翻身的向上的力不是浮力,而是空气阻力。下落速度很快的跳伞员会受到一个很大的向上的空气阻力,最终,当空气阻力和重力达到平衡时,下落速度达到终极速度。跳伞员的稳定下落姿势是腹部朝地,背部蜷曲,身体重心位于最低点。如果跳伞员自由下落时不小心是背部向下,训练有素的反应是凹起背部,像帕朗论证的猫那样,这样跳伞员能迅速翻身以便腹部朝地。 


帕朗在学术上一直非常高产,出版了大量书籍和论文,直到1716年因天花去世。他去世后,他关于落猫问题的解释仍然流传了很久,事实上,这一解释比他更为人熟知。


回溯了1700年关于落猫问题的研究缘起,我们自然会问,在帕朗之前是否有人提出过对落猫问题的解释。显然很久之前人们就注意到了猫这一神奇的能力,应该会有人对猫怎么能保证脚着地感到好奇。


至少有一位更早的科学家、哲学家研究了这一问题,但是他的动机和后来的研究者大不相同。大家都知道科学家、哲学家勒内· 笛卡儿( 1596—1650)提出了“我思故我在”,这是早期关于人类存在的本体论论述:“我怎么知道事物真实存在?因为我有能力思考、提出这一问题,所以至少我是存在的。”


笛卡儿是自然哲学和数学的先驱,尽管他的科学不可避免地和他的宗教信仰息息相关。17世纪30年代,笛卡儿在写作《世界》( La Monde,这是对他的自然哲学的首套完整论述)时,同时也沉迷于研究动物是否有灵魂的问题。在他写作这本书的莱顿市,有一个传说是笛卡儿从一楼窗户扔出了一只猫,以便观察猫是否会害怕,因为在他看来只有有灵魂的生物才会感到害怕。 


这个传说听起来煞有其事、令人不安,因为与此同时,笛卡儿还进行了大量令人毛骨悚然的动物活体解剖实验,同样是为了观察动物是否和人一样具有感觉和情感。显然,笛卡儿的观点是它们没有。将一只猫扔出窗外或许是他做的最不残忍的事,因为猫的翻正反射能保证它安全落地,或许这只猫被扔出窗外后,能找到一个更合适的家。


我们还能找到更早的关于下落的猫的观察,尽管并非是科学方面的。在1572年出版的《军事器械》( Workes of Armorie)中,作者约翰· 博斯韦尔( John Bossewell)对不同家族的盾徽进行了分类,大部分盾徽都是以动物为基础,动物的能力被视为家族的精神。关于猫类,博斯韦尔写道:“它是残忍的野兽,它从高处跳下后总是脚着地,而且毫发无损。” 13显然猫翻身的能力得到了纹章的高度认可。

图 5  关于“古希腊猫”的盾徽和部分描述
图片来源:《军事器械》,原书第F56页。


另一个关于猫翻身能力的非科学性解释,可能比博斯韦尔的纹章更早。这是一个关于伊斯兰教创始人先知穆罕默德( 570—632)的故事。如果它距离穆罕默德同时代不远,它将是关于猫翻身的最早描述。


这个故事的一个版本如下:


先知穆罕默德有一天深入荒原,长途跋涉之后疲劳来袭,陷入沉睡。一条大蛇(这撒旦之子该被诅咒!)从灌木中钻出,逐渐靠近安拉的使者穆罕默德,就在蛇将咬穆罕默德时,一只猫突然出现,跳上蛇身,经过长时间的搏斗终于杀死了蛇。蛇临死前的嘶嘶声惊醒了穆罕默德,他意识到是猫救了他。


“过来!”安拉的使者命令道。

猫走近穆罕默德,他轻抚了猫三次,祝福了它三次:“祝你平安。”为了进一步表示感谢,穆罕默德接着说:“为了回报你,你将战无不胜。没有任何生物能将你翻转过来。去吧,你已经接受了我的三次祝福。”


正是因为猫受到穆罕默德的祝福,它才获得了无论从多高下落都将脚着地的能力。


这一版本出现在1891年的《土耳其女性及其民间传说》( The Women of Turkey and Their Folk-Lore)中,作者是英国民俗学研究者露西· 玛丽· 简· 加尼特( Lucy Mary Jane Garnett)。14该书参考了1889年法语版的世界口述民间故事,这个故事来自一个52岁的神学学生。在英文世界无法进一步追溯这个故事的更早版本,所以无法确定它的历史。


无论如何,不可否认的是,从穆罕默德直到今天,一直以来,伊斯兰世界对猫的态度都比西方世界更友好,虽然如今穆斯林对猫的敬重可能少了那么一些。15一个生动的例子来自斯特布尔斯,他在关于猫的书中记载了他的旅行经历:


我正在向绅士解释前一天晚上没有休息的原因,原因是太阳落山后我发现自己在亚丁城靠近沙漠的门口。同时我发现自己被一群奇奇怪怪、服饰各异、气势汹汹的人包围了。

……

我已经武装到牙齿了,我的意思是除了舌头,我没有其他保护自己的武器。一种不安的情绪涌上心头,似乎有什么东西勒紧了我的脖子。

……


在这群阿拉伯人中,有一个人引起了我的特别注意。他看起来年纪很大了,胡须和头巾、礼袍一样雪白,庄严得犹如多雷( Dore) [2]笔下的族长。他用洪亮的声音、高贵的语言朗读膝头的图书,一只优雅的长毛猫蜷曲在他一只手的臂弯中。我在他身旁坐下,虽然他看我的第一眼充满恶意,似乎对我的闯入感到不满,但当我开始抚摸并赞赏他的猫时,他对我露出了女性般温柔的微笑。类似的故事全世界都在发生,只要赞美一个人的宠物,他就愿意为你做任何事:为你而战,甚至借钱给你。那个阿拉伯人把他的晚餐分了一部分给我。


“噢,我的孩子,”他说,“我爱我的猫胜过我的财物,胜过我的马匹。它让我感觉开心,它比烟草更能抚慰我。全能的安拉啊,当我们的祖先独自进入荒漠时,安拉给予他们两个朋友以陪伴、愉悦他们——一个是狗,一个是猫。在猫身上,他赋予了温柔的女性气质;在狗身上,他赋予了勇敢的男性气质。这是真的,我的孩子,书里就是这么写的。”


是的,在我们的历史学调查中,我们兜了一个圈,又回到了斯特布尔斯身上。帕朗首先给出了落猫问题的物理学解释,这个解释尽管并不正确,却延续了近200年。麦克斯韦和斯托克斯认为其中还有一些有意思的地方值得研究,但由于人类视觉的局限,他们没能更进一步。设想一只猫从两英尺高处下落,如(我们设想的)麦克斯韦所言,它能在三分之一秒内翻身。这对于人类眼睛而言实在太快了,人类还是的,在我们的历史学调查中,我们兜了一个圈,又回到了斯特布尔斯身上。帕朗首先给出了落猫问题的物理学解释,这个解释尽管并不正确,却延续了近200年。麦克斯韦和斯托克斯认为其中还有一些有意思的地方值得研究,但由于人类视觉的局限,他们没能更进一步。设想一只猫从两英尺高处下落,如(我们设想的)麦克斯韦所言,它能在三分之一秒内翻身。这对于人类眼睛而言实在太快了,人类还没来得及分辨,猫就已经完成了下落中的翻身。


本文节选自《下落小猫与基础物理学》


幸运的是,在麦克斯韦和斯托克斯对下落的猫困惑不解的同时,一项新的技术诞生了,这令研究者得以对猫自由落体时的细节进行研究。然而,对于我们提到的落猫问题而言,这一技术发现的问题远比它能解答的更多。


注释

[1]拉是古埃及神话的创世神、太阳神,拉美西斯是古埃及最著名的法老,他声称自己是拉的传人,这也是他名字的含义。斯芬克斯最早是古埃及神话中狮身人面的神祇,被修筑在法老墓前用以守卫法老。

[2]应指古斯塔夫· 多雷( Gustave Doré, 1832—1883),以《圣经》绘画闻名于世。


制版编辑 | 栗子

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