格雷戈里·J.格布尔，美国北卡罗来纳大学夏洛特分校物理学与光学教授，拥有两个科学博客，以科学史和恐怖事物为主题。

《下落小猫与基础物理
学》一书为我们带来了一
段令人着迷且情节紧凑的
旅程。作者是一位大师级
的导游。这段科学的探索
旅途具有令人上瘾的智力
性与趣味性，从自由落体
运动的猫一路讲到了摄影
的发展历史、量子力学和
古怪的科学家等等。
——黛博拉·布鲁姆（普
利策奖得主、记者）
即使是猫，也是遵循自
然法则的。在这本引人入
胜的书中，作者从猫下落
时脚部着地的神奇能力切
入，探讨了物理学究竟是
如何在现实世界中发挥作
用的。
——肖恩·卡罗尔（美国
加州理工学院教授、理论
物理学家）
当书店里科学分区的书
架被弦论和希格斯玻色子
相关的大部头压得咯吱作
响的时候，这本写得相当
流畅的科普书关注的是人
的尺度的问题，可谓令人
耳目一新。
——詹姆斯·卡卡里奥斯
（“魔鬼物理学”系列图书作
者）

前言 疯狂的猫
免责声明
01 著名物理学家热衷于下落的猫
02 落猫问题解决了吗
03 奔跑的马
04 影片中的猫
05 不停地转啊转
06 震撼世界的猫
07 猫的翻正反射
08 太空中的猫
09 保守秘密的猫
10 机器猫的崛起
11 猫翻身的挑战
12 猫和基础物理学
13 科学家和他们的猫
注释
参考文献
致谢

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。
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（CharlesBabbage)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。
P2-4

人人都爱猫，它的灵活性更是让人印象深刻。我们都见过它跳来跳去，爬高爬低。那么，一只向下跳落的猫，它在落地之前究竟是如何调整自己的？它是怎么站稳脚跟的？
这个问题难倒了不少聪明的头脑，他们也着实探索了很长一段时间。而对这个问题的探寻和回答，甚至帮助科学家们解决了一些其他问题——一些看似不可能解决的难题。
这是一本从往下跳落的猫探讨物理学的科普小书。作为人类的亲密动物伙伴，猫的行为当然引起了不少人的好奇。至少从十九世纪中叶开始，一只往下跳落的猫究竟是如何稳当地站在地面上的，这个问题就一直困扰着人类。在这段有趣和令人大开眼界的历史中，物理学家格雷戈里·格布尔试图理解猫的翻正反射现象，而理解这一现象的科学探究，为解决数学、地球物理学、神经科学和人类太空探索中的谜题提供了重要见解。

公允地说，猫是有点儿
疯狂的。作为独自狩猎的
捕食者，猫演化出了一种
狩猎的本能，哪怕猎物在
它们视线之外，它们仍能
追踪猎物并预测猎物的行
动。这种本能使得猫天生
爱玩、有好奇心，也经常
给它们带来麻烦，难怪俗
话说：“好奇心害死猫。”
幸运的是，在漫长的演
化中，猫也学会了一陷人
危险处境就能轻易脱身的
本领。其中最重要的一项
本领多年来一直吸引着人
们的兴趣，人们给它取了
很多名字：猫翻身、猫的
翻正反射、猫翻转。这些
名字描述的都是这样一个
现象：无论猫从高处落下
的初始状态如何，它总能
以脚着地。即便只从两三
英尺的高处落下，猫也能
在顷刻间完成翻身。
这是猫的救命技能。我
们常说“猫有九条命”，如果
从字面上理解这条谚语，
猫至少有四条命要归功于
翻正反射。我曾参加猫科
动物救援组织，并亲自见
证了猫的这项能力。有一
次我参与救援一只离家出
走的家猫，它被困在大树
上。我们叫来了一台横式
吊车以便接近它，把它从
100英尺高处哄下来。猫一
跃而下，刚落地就跑了，
后来兽医检查发现，它只
有轻微的骨裂，很快就治
好回家了。
猫似乎知道自己拥有这
项能力，喜欢到处炫耀。
我的一只猫名叫索菲，它
习惯在二楼顶部围栏外侧
散步，对所有阻止它的声
音爱理不理。有一天我夫
人偶然看见索菲不小心掉
了下来，前一秒钟还瞥见
它爪子抓着木头，后一秒
钟它就安然落地了，还好
没受伤。好消息是，这次
意外发生后，它就不再尝
试其他惊险动作了。
这样惊险的下落比比皆
是，猫的翻身能力已成为
常识。然而少有人知的是
，翻正反射涉及极其重要
的科学原理，它涉及的物
理学、生理学机制，已经
吸引、困惑乃至挫败了科
学家几百年。尽管这个问
题已经基本被解决，但在
细节上仍有争议，并持续
给现代科技带来灵感。
我第一次遇到落猫问题
是2013年撰写博客“星球上
的头盖骨”(Skulls in the
Stars）①的时候，博客内容
包括物理学、科技史和各
种稀奇古怪的小说。我喜
欢浏览年代久远的科幻杂
志以寻找感兴趣的写作主
题，有一天我偶然看到法
国生理学家艾蒂安-朱尔·马
雷（étienne-Jules Marey）
1894年拍摄的经典照片—
—下落的猫，因此写了一篇
文章讲马雷和落猫问题的
其他早期研究者，题为《
猫的翻身：19世纪落猫问
题的科学研究热潮》
（Cat-Turning:The 19th-
Century Scientific Cat-
Dropping Craze!)。
但我并不确定我最初关
于猫翻身的解释是否正确
，所以我查阅了更多相关
书籍，并得到了更多答案
。自现代科学诞生的时候
起，落猫问题就吸引了不
同学科的科学家。每次一
门学科对落猫问题失去兴
趣，另一门学科就会发现
一些新的东西。
本书从科学和历史学两
个维度论述落猫问题，我
们将会看到，这一问题在
科学和工程领域有着引人
注目的悠久甚至荒谬的历
史。科学家研究得越深入
，他们在毛茸茸的猫咪朋
友的这一行为背后收获的
惊喜就越多。落猫问题和
现代科学、工程技术中一
些最重要的领域关系密切
，包括摄影技术、神经科
学、太空探索和机器人学
等，而时到如今，物理学
家仍然难以精确解释猫在
下落中的行为。
本书包含大量猫的照片
。摄影技术在研究落猫问
题中起到了重要的作用，
所以在本书中我们也将阐
述摄影技术是如何发展到
现在能够轻易拍摄一只下
落的猫的。之后神经科学
开始研究下落的猫，并深
化了人们对落猫问题的认
识。神经科学的研究和载
人航天计划直接相关，落
猫问题也在其中发挥了重
要作用。神经科学和物理
学的结合正是机器人学，
这一领域的研究者仍在试
图让机器复刻猫的翻身能
力。在研究过程中，猫给
科学界带来了其他一些惊
喜，也制造了不少麻烦。
好了，关于猫我们已经
讲了很多了，让我们正式
开始吧。

打开这本书，你会发现它的献词页是属于15只猫的。没错，这是一本爱猫的物理学家献给自己家的猫以及所有爱猫且充满好奇的人的书。
人人都爱猫，它的灵活性更是让我们印象深刻。我们都见过它跳来跳去，爬高爬低。那么，一只向下跳落的猫，它在落地之前究竟是如何调整自己的?它是怎么站稳脚跟的?
作为人类的亲密伙伴，猫的行为当然引起了不少人的好奇。至少从19世纪中叶开始，一只往下跳落的猫究竟是如何稳当地站在地面上的，这个问题就一直困扰着人类。在这段有趣和令人大开眼界的历史中，科学家通过物理、生理学、摄影和机器人技术，展开各种科学辩论，揭开猫如同杂技一般的“表演”的秘密，猫是如何在空中扭转的。在这些探索过程中，精妙有趣的细节其实仍未有定论，甚至还引起了研究者们的激烈辩论。我们研究得越深入、越多，我们发现的惊喜就越多。
值得一提的是，作者还在书的结尾为我们奉上了一章科学家与他们的猫咪的故事，让读者在收获科学知识的同时也可以了解科学家饶有趣味的生活细节。来看看牛顿、爱因斯坦和薛定谔与猫之间的趣事吧，你甚至会看到一只在科研论文中署名的猫咪哦。