科學家們也逃不開貓的魅力，從薛定諤的貓，到物理學家Jack Hetherington 與名為Chester 的暹羅貓合著論文，再到物理學家Greg Gbur 最近出版的Falling Felines and Fundamental Physics，《跌落的貓科動物和基礎物理學》。

貓為物理學、數學、神經科學，甚至是太空探索中的難題提供了重要的切入口。

Greg Gbur 的這本書探究了一個有趣的話題：貓從高處落下時，為什麼總是可以四腳著地？這是一個“落貓問題”（Falling cat problem）。

圖| Falling cat problem（來源：Fine Art American）

稍微懂物理的人都會想到，貓在空中轉身並沒有任何支點，那麼它是怎麼實現轉身而又不違背角動量守恆的呢？

到目前為止，有至少四種不同的假設可以解釋這一現象：“縮進和旋轉”（tuck and turn）模型，貓在墜落時收縮一對爪子以便旋轉；“掉落的花樣滑冰運動員”假說，貓根據需要收縮或伸展爪子來調整它的角動量；“彎曲和旋轉”假說，貓彎腰然後反旋以腰圍分界的身體兩部分；最後一種是“螺旋槳式的尾巴”，即貓可以利用尾巴實現空中轉身。

養過貓的人一定觀察過，貓在下落時，尾巴和身體是呈反向轉動的，所以會覺得尾巴起到了重要的作用。但後來人們發現，沒有尾巴的貓也可以腳先著地。另一方面，要想使軀幹在短時間內轉過180 度，尾巴必須在同一時間內向相反方向轉動幾十圈，才能維持系統的動量矩為零。這個速度基本上和飛機螺旋槳的轉速接近，所以否定了貓尾巴的決定性作用。

有一些學者認為，貓內耳中有前庭器官，可以起到平衡和類似指南針的作用，這或許也是其中一個重要的原因。但是最根本的原理是什麼呢？

Greg Gbur 在書中說，貓能在空中實現從四腳朝天到四腳朝地的旋轉，應該是利用了綜上的所有原理。但是最基本和最重要的解釋是“彎曲和旋轉” 假說，即貓先彎腰，然後上半身和下半身往相反的方向旋轉以抵消這些運動。其他的方面會起到一些小修正，比如利用尾巴或者爪子作為另外的槓桿。

圖| Étienne-Jules Marey 用高速攝像機拍攝的貓掉落的照片（來源：Wikipedia）

研究“落貓問題” 離不開高速攝像機。早在1894 年，法國科學家Étienne-Jules Marey 就在Nature 上發表了一副用高速攝像機拍攝的貓掉落的照片，照片顯示，僅在下落的最初1/8 秒，貓就完成了翻身的動作。

他認為貓是利用了自身質量的慣性來翻身。脊椎肌肉活動的扭轉力偶先作用於前腿，因為前腿縮短並貼近脖子，所以有一個很小的慣性運動。但後腿是伸展的，並幾乎垂直於身體的軸線，它的轉動慣量和扭轉力偶的方向是相反的。在運動的第二階段，腳的姿勢是相反的，第一階段所產生的慣性為後面的旋轉提供了支點。

視頻| 美國空軍的實驗，“太空貓”還能腳先著地嗎？（來源：YouTube）

但當時很多物理學家認為，丟貓的動作一定對研究產生了影響，否則這個實驗則暗示自由落體有可能獲得角動量。

1969 年，Kane 和Scher 兩位研究人員構建了Kane-Scher 模型，他們把貓建模為能夠改變相對方向的一對相連接的圓柱體，分別代表貓的上半身和下半身，這兩部分轉動時角動量為零。

“落貓問題”至此是不是完美解決了呢？事實上並沒有。

人們還發現，貓從低於30 厘米的高度掉落就無法四腳著地，從高處落下也不總是能四腳著地，超過一定高度，貓會張開四隻，像降落傘一樣，之後用肚子著地。有貓從32 樓摔下來，採用肚皮著地的方式，住院兩天就恢復了，這又牽扯到一些其他的物理學問題。

圖| Kane-Scher 模型（來源：Wikipedia）

肥貓和瘦貓，長貓和短貓，不同種類的貓每一隻的扭動、彎曲都不相同，獅子、老虎這樣的貓科動物是不是也有同樣的技能？我們掌握了以上的原理我們就能製造出一種像貓一樣，可以隨意被拋向空中但是總能完美落地的機器人了嗎？

還有很多問題有待探索，所以“落貓問題” 至今仍然是一個活躍的研究領域。

圖| “貓之迷惑”（來源：DeepTech）

溫馨提示：請不要隨意將貓咪從高處扔下，這是極其不負責任的行為。

儘管對貓而言，它們也不知道人類在幹什麼，幾十年前被關在一個裝有“炸彈” 的黑屋子裡，現在被反复扔下來看看會不會摔倒或者死亡。

可能有一種迷惑，叫“貓之迷惑”。