Greg Gbur's nieuwe boek van Yale University Press, "Vallende katachtigen en fundamentele fysica, " neemt een vreemd onderwerp aan voor een natuurkundige:de mysteries van de kat.

Of misschien is het niet zo vreemd. Gbur, hoogleraar natuurkunde en optische wetenschappen aan de Universiteit van North Carolina in Charlotte en een oude populair-wetenschappelijke blogger ("Skulls in the Stars"), merkt op dat katten hun menselijke eigenaren (of menselijke slaven, afhankelijk van je gezichtspunt) met een van hun meer opvallende superkrachten:hun vermogen om in minder dan een seconde in de lucht te draaien om op hun voeten te landen. Het is een fenomeen dat de basisprincipes van de natuurkunde lijkt te schenden, en zelfs vandaag na honderden jaren onderzoek door zeer slimme mensen, wordt door velen niet goed begrepen.

In het boek, Gbur laat zien dat het fenomeen dat bekend staat als "cat flipping, " heeft mensen aangetrokken om te proberen uit te leggen hoe het mogelijk is ... en heeft geleid tot een breed scala aan wetenschappelijk onderzoek, theorie, leren en technologische ontwikkeling in het proces. Het boek onderzoekt wat in wezen het hoofdvak is van de geschiedenis van de natuurwetenschap en laat de lezer zien hoe de katachtige nieuwsgierigheid van sommige mensen over moeilijk uit te leggen dingen in de wereld ons heeft geleerd wetenschappelijk te denken. Het laat ook zien hoe de huidige verklaringen van de fysieke wereld zowel de manier waarop we de wereld zien als en daag ons uit om nieuwe verklaringen te vinden die ons in staat stellen het beter te zien.

Er staat veel in het boek, dus we hadden een paar vragen:

Vraag:Waarom katten? Waarom wetenschap en katten? Is er een verhaal dat we moeten weten?

Gbur:Mijn interesse in het snijvlak van wetenschap en katten kwam voort uit het schrijven van blogposts. Ik ben al lang geïnteresseerd in de geschiedenis van de wetenschap, en een paar jaar geleden kwam ik een fotografische studie uit 1894 tegen van een vallende kat, de eerste in zijn soort. Ik schreef er destijds over, en gevolgd door wat meer onderzoek te doen naar de fysica van vallende katten. Hoe meer ik keek, hoe meer papers ik over het onderwerp vond! Ik kan nu zeggen dat vallende katten zijn bestudeerd, aan en uit, al zo'n 300 jaar, en nog meer. Het mooie van de wetenschap van vallende katten is dat het een aantal zeer uiteenlopende vakgebieden raakt - niet alleen natuurkunde, maar neurowetenschap, robotica, fotografie, en zelfs ruimtereizen.

Vraag:We krijgen allemaal te horen dat katten "altijd op hun poten landen" en het lijkt erop dat er een eenvoudige verklaring moet zijn voor hoe dat gebeurt, Rechtsaf? Of hebben katten geheime krachten?

Gbur:Er zijn verschillende mechanismen die katten kunnen en zullen gebruiken om om te draaien en op hun pootjes te landen. De belangrijkste, Naar mijn mening, heet "buigen en draaien, " waarin een kat zich in de taille buigt en de bovenste en onderste helft van zijn lichaam tegengesteld draait. Maar de natuur, in de vorm van evolutie, zoekt niet de eenvoudigste oplossing, het zoekt naar de beste oplossing, dus elke eenvoudige uitleg van het draaien van een kat zal belangrijke details weglaten.

Vraag:Oké, "Cat flipping" is duidelijk geen eenvoudig natuurkundig probleem, omdat je een heel boek nodig hebt om het te bespreken. Mensen hadden moeite om het adequaat uit te leggen... Waarom duurde het zo lang? Wat maakt dit zo moeilijk te begrijpen?

Gbur:Mijn verklaring waarom het zo lang heeft geduurd voordat de natuurkunde het eens was over de verklaring voor "cat flipping" is dat wij, als wetenschappers en mensen, vind het leuk om eenvoudige uitleg te vinden voor puzzels... en soms, zoals de kat, een simpele verklaring is onvoldoende. de foto's, waarvan men zou denken dat het een definitief antwoord zou geven, in plaats daarvan gedraag je je als een soort Rorschach-test:elke wetenschapper ziet op de foto's wat hij wil zien.

Vraag:Er zijn nog steeds veel concurrerende theorieën over 'katten flippen'. Is de ene wetenschappelijke verklaring niet noodzakelijkerwijs beter dan de andere? Waarom vechten wetenschappers?

Gbur:Meestal, wetenschappers vechten omdat ze gepassioneerd zijn over een onderwerp en ervan overtuigd zijn dat het bewijs hun verklaring ondersteunt. Als het onderwerp nog steeds niet goed wordt begrepen, dan brengt elke wetenschapper in feite zijn sterkste argument naar voren over waarom ze denken dat ze gelijk hebben. Soms, Hoewel, er zijn persoonlijke en politieke conflicten die wetenschappers doen vechten, te. Ik bespreek een van deze conflicten in het boek, uit de jaren 1890, toen twee Italiaanse wiskundigen een zeer verhitte discussie kregen over het flippen van katten.

Vraag:Je haalt katten uit perceptuele illusies, stop motion vision-analyse en basismechanica tot deeltjesgolffysica, kwantumgekte en verbijsterende wiskunde ("geometrische fase"?). Ik blijf een beetje in de war en twijfel aan de realiteit. Of is de wetenschap dat dit alles leidt tot de soort die het hoofd explodeert?

Gbur:Haha! We zullen, het blijkt dat het kat-flippenprobleem een ​​specifiek voorbeeld is van een fysiek fenomeen dat bekend staat als anholonomie (wat ik in het boek uitleg), die kan worden verbonden met het wiebelen van de aarde, het gedrag van licht, en de beweging van kwantumdeeltjes. Het cat-flipping-probleem is een van de vroegste voorbeelden van deze anholonomie. Dus, door te begrijpen hoe een kat kan doen wat hij doet, we leren tegelijkertijd enkele diepgaande geheimen over hoe veel natuurkunde werkt.

Vraag:Shakespeare's Hamlet zegt:"Er zijn meer dingen in hemel en aarde, Horatio, dan waar in uw filosofie van wordt gedroomd.' Heeft hij gelijk? Is cat flipping iets waarvan u denkt dat de wetenschap het uiteindelijk volledig kan verklaren?

Gbur:Ik geloof dat de belangrijke details over het flippen van katten al "volledig" zijn uitgelegd, omdat we echt kunnen zeggen dat er vier bewegingen zijn die een kat kan gebruiken om te helpen omdraaien. Maar elke kat is anders, en elke kat kan een iets andere combinatie van die vier bewegingen gebruiken om zichzelf om te draaien. Dus misschien moeten we het herzien en zeggen:"Er zijn meer katten in hemel en aarde?"

Vraag:Na het lezen van dit boek, Ik heb nog steeds het gevoel dat katten mysterieus zijn. Ik betrap ze erop dat ze naar me staren, of gewoon langs me heen staren... soms, het is een beetje zenuwslopend. Zijn katten magisch?

Gbur:Als een oude kattenouder, Ik ben constant verbaasd over alle dingen die mijn katten uitvinden! Ze hebben meer intelligentie dan veel mensen beseffen. Anderzijds, hun nieuwsgierigheid brengt hen vaak in de problemen, daarom hebben ze om te beginnen een kattenflipreflex nodig! Ik zeg vaak dat "katten slimmer zijn dan we denken, maar minder slim dan ze denken."

Vraag:Ik weet dat je van katten houdt. Heeft het kijken naar hen door de lens van al deze wetenschap iets gedaan om dat te veranderen?

Gbur:Ik hou nog net zoveel van katten als ooit! Ik ben gaan waarderen, Hoewel, hoe wonderbaarlijk zijn ze geconstrueerd, zowel in lichaam als geest. Het zijn echt schitterende wezens. Hopelijk brengt het boek iets van die grootsheid over.