高いところから落ちる猫の奇妙な物理パズル

リヴァイアサンプレス:

数年前、写真家の友人が、飼っていた猫が高層ビル（約12階）から落ちて軽傷を負ったという伝説的な話を私に話してくれたのを聞いた。当時は信じられませんでした。猫が猫用クライミングフレームやテーブルから誤って落ちた後、素早く着地するのを何度も見てきましたが、高所から落ちた後の猫の生存率の高さには今でも驚かされます。猫を飼っている別の友人は、猫が誤って5階から落ちたと話していました。彼がそれを見つけたとき、その子は口の端から血を流していました。しかし、獣医師による徹底的な検査の結果、骨折や臓器損傷の兆候は見られなかったことが判明した。

猫が落ちる時にムササビのように翼を広げる姿を何度も想像したが...実際には、保護マントがなくても猫は生き残ることができる（高い確率で）ということが分かる。

警告:

保護なしで猫を投げないでください

不必要な好奇心を満たすために

1894 年 10 月、フランス科学アカデミーの会議で、有名な生理学者エティエンヌ・ジュール・マレーが一連の写真を公開し、同僚たちの間で騒動を引き起こしました。その後の一連の報告で、ある参加者は、マレー氏は単に物体の動き方に関する基本法則に反する科学的パラドックスを提唱しただけだと主張した。

**この論争は猫によって引き起こされた。具体的には、空から落ちてきた猫が空中で回転し続け、最終的に地面に着地します。問題は落下と着地そのものではなく、猫が空中で体をひねる過程です。

エティエンヌ・ジュール・マレーは落下する猫の写真を提供し、1894年にネイチャー誌に掲載されました。

科学者たちは長年、猫が着地するためには固定された表面から飛び降りなければならないと信じてきました。この考え方は、回転していない物体は外力がなければ動かないという、角運動量保存則という物理学の概念に由来しています。押す力がなければ、猫は正しい方向に曲がる力がありません。しかし、マレーさんが撮影した一連の写真には、周囲に何もない状態で降下を開始した猫が体をよじっている様子が写っていた。

その後の数十年間、科学者たちは多くの説明を提示したが、その多くは曖昧なものだった。「今日でも、猫が地面に落ちる理由について議論している人々がいる」とノースカロライナ大学シャーロット校の物理学者グレッグ・グバー氏は言う。

ガーバー氏は『Falling Felines』および『Fundamental Physics』の著者です。専門家が一致しているのは、猫の行動が物理法則に違反していない可能性があるということだ。彼らは、たとえ環境が居住不可能に思える場合でも、わずかなニュアンスを利用できるように進化しただけなのです。

ガーバー氏は、フランス科学アカデミーの困惑した物理学者たちが猫の角運動量を単純化しすぎていたと私に語った。回転する物体（猫）の体の半分が一方向に回転し、もう半分が反対方向に回転する限り、角運動量は保存されます。ちょっとペッパーグラインダーのような音がします。 **そして、体の両側が互いの支点として機能し、互いに等しく反対方向の推力、つまり回転力を与えます。まさにこの現象が猫に起こります。

「猫の骨格は非常に柔軟です」とカリフォルニア大学デービス校の獣医師、バルブロ・フィリクイスト氏は言う。猫は背骨を曲げると体が二つに分かれるように見えるが、これは「背中に膝関節があるようなもの」だとジョージア工科大学の機械工学者デビッド・フー氏は言う。

猫を逆さまに吊るすと、通常は頭に近い側の体が最初にひっくり返ります。これを行うには、その半分が残りの半分よりも速く回転する必要があります。猫は、前足をお腹の方に折り込み、後ろ足を開いたままにしてこの動作を実行します (フィギュアスケーターが素早く回転するときに腕を引くのと似ています)。

猫はその後、前足をリラックスさせ、後ろ足をお腹のほうに折り込みます。今度は、お尻側をより速く回転させ、体の残りの部分を右上方向の位置に移動します。同時に、尾は体の回転を加速するプロペラとして機能している可能性があります。これは必要ありません、とガーバー氏は私に言いました。マンクス猫（尻尾がほとんどない猫）でも同じように着陸できます。

マンクス猫。 © ザ・スプルース・ペット

猫は信じられないほど素早く方向転換できると、猫の立ち直り反射をシミュレートしたスウェーデンのKTH王立工科大学の物理学者ハンノ・エッセン氏は言う。[1] **猫はほんの一瞬のうちに、数フィート以内で自分の位置を変えることができます。 **このプロセスのおかげで、アイゼンの遊び好きな子猫ムーシェは、地上約40〜50フィート（約12〜15メートル）の高さにある窓から落ちた後、安全に着地することができました。

**これは不自然に思えるかもしれないが、たとえそうでなかったとしても、高所から落ちるとかなりの危険にさらされる。都市部では高層ビルが建設されているため、状況はさらに悪化している。[2]ニューヨークのシュワルツマン動物医療センター（AMC）の上級獣医師カーリー・フォックス氏は、過去7年間に同センターに入院したペットのほぼ4分の1が高所からの転落による外傷だったと語った。最悪の場合、いわゆるハイライズ症候群により、猫は鼻血、口腔骨折、肺虚脱、足の骨折、さらには臓器破裂を起こすこともあります。[3]

ある程度、低下点が高くなるほど、猫の状態は悪くなります。いくつかの研究（AMCの研究を含む）では、落下地点が6階または7階以上の場合、高さが増しても負傷率は変わらないか、むしろ減少する可能性があることが示されています[4]。科学的に見ると、これは実に奇妙なことだと、サウスイースタン・ルイジアナ大学の物理学者レット・アライ氏は言う。

リード氏はこの現象についてWired誌に寄稿した。「『高ければ高いほど良い』というわけではありません」。データの一部は偏っている可能性があり、飼い主が猫を獣医に連れて行くときに猫が誇張しているかどうかを見分けるのは難しい。他の研究では全く逆の結論に達している。[5]

これらのデータは断片的であるだけでなく矛盾もしている。[6] 「このことについては説明がつかない」とカリフォルニア州の救急救命獣医師マイケル・カトー氏は語った。

このパターンが物理法則に従っているとすれば、一部の猫が非常に高いところから跳躍する驚くべき能力を説明できるかもしれない。ガーバーさんはかつて、高さ100フィート（約30メートル）の木から猫が落ちるのを見たことがあるが、高さは猫にとって何の問題にもなっていないようだった。フォックスさんは最近、19階の高さから落下した猫を救出した。サブリナという名の猫はかつて32階の高さから落ちましたが、生き残りました。それはまさに奇跡でした。ジョミという名の別の猫は26階から落ちてテントの屋根を突き破ったと伝えられているが、その後、落ちた場所の近くで毛をなめているところを発見され、無傷だった。[7]

「７、８、９、さらには１０階から落ちて裂傷や足の骨折を負った猫を見たことがあるが、治療すれば回復できる」とテキサスＡ＆Ｍ大学の救急救命医クリスティン・ラター氏は言う。

研究によると、猫の高所恐怖症の生存率は一貫して90％を超えていることが示されています[2] 。「私が働いている救急室とICUで、これは信じられないことです」とノースカロライナ州立大学の救急・集中治療医であるソフィア・アミルスルタン氏は言います。

この謎には、物理学上の別の抜け穴が関係しているのかもしれない。落下して最初の数十フィートの間、猫の体は加速し続け、地面への衝撃力が増大します。約2～5階の高さから落ちた猫にとっては、難しい判断です。しかし、5階建てを少し超える高さでは、体重11ポンド（約5キログラム）の猫が地面に着地するときの最高速度は時速60マイル（約96キロメートル）に達する。 **これからは落下開始点がどれだけ高くても、地面にぶつかったときの衝撃音は大きくなりません。 **これはすごいですね。アランが私に言ったのは、猫が落ちても生き残れる高さには実は上限がないらしいということです。

**ラッター氏は、終端速度に達すると猫は無重力状態になり、「パニックに陥るのをやめて」足を自由にすることもあると私に話した。 **転倒した場合、着地の衝撃は避けられませんが、猫の体はこの衝撃をより均等に分散することができます。これは、7階以上の高さから落ちた猫は手足よりも胴体や顎に怪我を負う傾向があることを加藤氏らが発見した理由を説明できるかもしれない。

ウサギは立ち直り反射もかなり優れているようです。科学者たちは、一部のヤモリは太い尾を使って安全に着地できることを発見した。[8]しかし、おそらく飼い猫だけがそれを完璧にこなせるだろう。猫は、ひっくり返る必要があるときに瞬時にバランスをとることができる驚くべきバランス感覚を持ち、非常に素早い反射神経、柔軟な背中、そしてその動きを完璧に実行することを可能にする極めて柔軟な手足を持っている[9]と、カリフォルニア州レイモンド・アルフ古生物学博物館の古生物学者マイリン・バリシ氏は私に語った。

エミール・スルタンは、猫は機敏で樹上生活型となり、ある程度流動的[10]で、わずかに衝撃を吸収する[11]体格になるように進化したと私に語った。何人かの獣医師は、犬は猫ほど楽観的に転ぶ傾向がないと私に言いました。バリッシュ氏は、大型のネコ科動物でも必ずしも安全に着地できるわけではないと述べた。もしいつも安全に着陸していたら、『ライオン・キング』はおそらく作られなかっただろうと彼女は付け加えた。 (スカーは小さなシンバを煽動してヌーの群れの近くで吠えさせた。ヌーはライオンの吠え声に驚いて山を駆け下りた。大量のヌーがシンバに向かって突進した。幸いにもムファサが間に合ってシンバを救ったが、彼自身は助からなかった。ムファサは助かったかもしれないが、スカーに待ち伏せされて崖から突き落とされ、最後にヌーに踏みつぶされて死んだ。)

私はガーバー氏に、人間が猫のジャイロスコープの回転を真似することを学ぶことができるかどうか尋ねた。彼は、もうそれができると言っていました。一流の飛び込み選手や体操選手は猫のように体をひねるかもしれません。 NASAはまた、宇宙飛行士が猫から無重力空間での飛行方法を学ぶことができることを期待している。

しかし、猫は宇宙旅行を楽しめないかもしれないが、常に「うまくやっていく」とガーバー氏は私に語った。

おそらく、このことをマレーほどよく理解していた人はいないだろう。彼は会議の1か月後にネイチャー誌に論文を発表し、自分の被写体である猫たちの「傷つけられた尊厳の表情」がフィルムに永遠に記録されているという事実に注目した。

参考文献:

[1]iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/aaac06

[2]onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/vec.13206

[3]www.vettimes.co.uk/app/uploads/wp-post-to-pdf-enhanced-cache/1/high-rise-syndrome-in-cats.pdf

[4]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3692980/

[5]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15363762/

[6]www.ijvm.org.il/sites/default/files/feline_high_rise_syndrome_in_israel.pdf

[7]www.lifewithcats.tv/cat-is-unharmed-after-26-story-fall-from-high-rise-building/

[8]www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0711944105

[9]link.springer.com/article/10.1007/s42235-020-0048-x