Videnskab følger af lodne mysterier

Greg Gburs nye bog fra Yale University Press, "Faldende kattedyr og grundlæggende fysik, " påtager sig et mærkeligt emne for en fysiker - kattens mysterier.

Eller måske er det ikke så mærkeligt. Gbur, professor i fysik og optisk videnskab ved University of North Carolina i Charlotte og mangeårig populærvidenskabelig blogger ("Skulls in the Stars"), bemærker, at katte længe har fascineret deres menneskelige ejere (eller menneskeslaver, afhængigt af dit synspunkt) med en af ​​deres mere bemærkelsesværdige superkræfter - deres evne til at vende i luften på mindre end et sekund for at lande på deres fødder. Det er et fænomen, der synes at krænke fysikkens grundlæggende principper, og selv i dag, efter hundreder af års undersøgelse af meget kloge mennesker, er ufuldkomment forstået af mange.

I bogen, Gbur viser, at fænomenet kendt som "cat flipping, "har tiltrukket folk til at forsøge at forklare, hvordan det er muligt... og har ført til en bred vifte af videnskabelige undersøgelser, teori, læring og teknologisk udvikling i processen. Bogen udforsker, hvad der i bund og grund er hovedforløbet i den fysiske videnskabs historie og viser læseren, hvordan nogle menneskers kattelignende nysgerrighed over svære at forklare ting i verden har lært os, hvordan man tænker videnskabeligt. Det viser også, hvordan aktuelle forklaringer af den fysiske verden både kan begrænse, hvordan vi ser verden, og udfordre os til at finde nye forklaringer, der gør det muligt for os at se det bedre.

Der er meget i bogen, så vi havde et par spørgsmål:

Q:Hvorfor katte? Hvorfor videnskab og katte? Er der en historie her, vi bør kende til?

Gbur:Min interesse for krydsfeltet mellem videnskab og katte kom fra at skrive blogindlæg. Jeg har haft en langvarig interesse for videnskabens historie, og for et par år siden stødte jeg på en fotografisk undersøgelse fra 1894 af en faldende kat, den første af sin slags. Jeg skrev om det dengang, og fulgt op ved at lave lidt mere forskning i fysikken i faldende katte. Jo mere jeg kiggede, jo flere papirer fandt jeg om emnet! Jeg kan nu sige, at faldende katte er blevet undersøgt, tændt og slukket, i omkring 300 år, og tæller. Det fantastiske ved videnskaben om faldende katte er, at den berører en række meget forskellige fagområder - ikke kun fysik, men neurovidenskab, robotteknologi, fotografering, og endda rumrejser.

Spørgsmål:Vi får alle at vide, at katte "altid lander på deres fødder", og det ser ud til, at der burde være en simpel forklaring på, hvordan det sker, ret? Eller har katte hemmelige kræfter?

Gbur:Der er flere mekanismer, som katte kan og kan bruge til at vende om og lande på deres fødder. Den vigtigste, efter min mening, kaldes "bøj og vrid, " hvor en kat bøjer i taljen og moddrejer den øvre og nedre halvdel af sin krop. Men naturen, i form af evolution, leder ikke efter den enkleste løsning, den leder efter den bedste løsning, så enhver simpel forklaring på kattevending vil udelade vigtige detaljer.

Q:Okay, "Cat flipping" er åbenbart ikke et simpelt fysikproblem, da det tager dig en hel bog at diskutere det. Folk kæmpede for at forklare det tilstrækkeligt... Hvad tog dem så lang tid? Hvad gør det så svært at forstå?

Gbur:Min forklaring på, hvorfor det har taget så lang tid for fysikken at blive enige om forklaringen på "cat flipping" er, at vi, som videnskabsmænd og mennesker, kan lide at finde enkle forklaringer på gåder... og nogle gange, som katten, en simpel forklaring er utilstrækkelig. Fotografierne, som man skulle tro ville give et endegyldigt svar, i stedet opføre sig som en slags Rorschach-test:hver videnskabsmand ser på billederne, hvad han vil se.

Spørgsmål:Der er stadig mange konkurrerende teorier om "cat flipping". Er én videnskabelig forklaring ikke nødvendigvis bedre end en anden? Hvorfor kæmper videnskabsmænd?

Gbur:Normalt, videnskabsmænd kæmper, fordi de brænder for et emne og er overbeviste om, at beviserne understøtter deres forklaring. Hvis emnet stadig ikke er godt forstået, så fremfører hver videnskabsmand dybest set deres stærkeste argument for, hvorfor de tror, ​​de har ret. Sommetider, selvom, der er personlige og politiske konflikter, der får videnskabsmænd til at kæmpe, også. Jeg diskuterer en af ​​disse konflikter i bogen, fra 1890'erne, da to italienske matematikere kom i et meget heftigt skænderi om katteflip.

Spørgsmål:Du tager flippende katte fra perceptuelle illusioner, stop motion vision analyse og grundlæggende mekanik til partikelbølgefysik, kvantesærlighed og tankevækkende matematik ("geometrisk fase"?). Jeg efterlades noget forvirret og stiller spørgsmålstegn ved virkeligheden. Eller er videnskaben alt dette fører til den hovedeksploderende slags?

Gbur:Ha! Godt, det viser sig, at katteflipping-problemet er et særligt eksempel på et fysisk fænomen kendt som anholonomy (som jeg forklarer i bogen), som kan forbindes med Jordens vaklen, lysets opførsel, og kvantepartiklernes bevægelse. Cat-flipping-problemet er et af de tidligste eksempler på denne anholonomi. Så, ved at forstå, hvordan en kat kan gøre, hvad den gør, vi lærer samtidig nogle dybe hemmeligheder om, hvordan meget fysik fungerer.

Q:Shakespeares Hamlet siger "Der er flere ting i himlen og på jorden, Horatio, end man drømmer om i din filosofi." Har han ret? Er cat flipping noget, du tror, ​​videnskaben virkelig kan forklare fuldt ud i sidste ende?

Gbur:Jeg tror, ​​at de vigtige detaljer om katteflipping allerede er "fuldt ud" forklaret, som vi virkelig kan sige, at der er fire træk, som en kat kan bruge til at vende om. Men hver kat er anderledes, og hver kat kan bruge en lidt anderledes kombination af disse fire træk til at vende sig selv. Så måske skal vi revidere og sige, at "Der er flere katte i himmel og jord?"

Q:Efter at have læst denne bog, Jeg føler stadig, at katte er mystiske. Jeg fanger dem stirre på mig, eller stirrer lige forbi mig... nogle gange, det er lidt nervepirrende. Er katte magiske?

Gbur:Som mangeårig katteforælder, Jeg bliver konstant overrasket over alle de ting, som mine katte finder ud af! De har mere intelligens, end mange mennesker er klar over. På den anden side, deres nysgerrighed får dem ofte i problemer, derfor har de brug for en kat-flipperefleks til at begynde med! Jeg siger ofte, at "katte er klogere, end vi tror, men mindre smart, end de tror."

Q:Jeg ved, du elsker katte. Har se på dem gennem linsen af ​​al denne videnskab gjort noget for at ændre det?

Gbur:Jeg elsker stadig katte lige så meget, som jeg nogensinde har gjort! Jeg er kommet til at værdsætte, selvom, hvor vidunderligt de er bygget, i både krop og sind. De er virkelig storslåede skabninger. Forhåbentlig formidler bogen noget af den storhed.