Загадка падающей кошки и фундаментальная физика - Грегори Гбур

В ходе экспериментов кошек переворачивали и удерживали, а затем отпускали после периодов невесомости различной длительности: через 1, 5, 10, 15, 20 и 25 с. При этом кинокамеры фиксировали реакцию животных на нулевую силу тяжести. Для экспериментов у исследователей имелись учебные реактивные самолеты T-33 и F-94, в результате чего на свет появились сюрреалистические снимки, на которых кошки плавали в воздухе перед лицом пилота, облаченного в кислородную маску, и добавляли новый элемент опасности к профессии летчика-истребителя.

Исследования показывали, что кошки прекрасно переворачиваются в правильное положение, если провели перед этим в невесомости не более пяти секунд. При более долгом пребывании в невесомости доля успешных переворачиваний падала, и после 15–20 с невесомости кошки терпели неудачу так же часто, как и выполняли переворот правильно. С завязанными глазами кошки ошибались чаще и раньше по отношению к началу состояния невесомости. Эти результаты вроде бы согласуются с результатами исследования «памяти» рефлекса переворачивания у кроликов, которым Бриндли предстояло заниматься в 1960-е гг.

Одним из ключевых выводов, к которым пришли Гератеволь и Столлингс в своей работе, было признание того, что на отолиты — элементы вестибулярного аппарата, распознающие линейные изменения в движении, — изменения в ускорении действуют сильнее, чем само ускорение. То есть постоянное ускорение действует на отолиты не так сильно, как появление или исчезновение ускорения. Были проведены кое-какие дополнительные эксперименты, призванные показать, как кошка отреагирует на отрицательную силу тяжести — силу, которая будет притягивать ее не к полу, а к потолку кокпита. Обе взрослые кошки развернулись в направлении кажущейся силы тяжести, а одна из них даже встала на потолочную обшивку кокпита.

Аналогичное исследование на кошках и невесомости провел несколькими годами позже, в 1961 г., Гровер Шок на авиабазе ВВС Холломан в штате Нью-Мексико. Это исследование, в котором участвовали как здоровые кошки, так и животные с поврежденным лабиринтом, подтвердило более ранние данные о том, что животные с поврежденным вестибулярным аппаратом, имевшие возможность заранее адаптироваться к своему состоянию, в обстановке невесомости, судя по всему, чувствуют себя лучше и лучше справляются со своими задачами.

Но работу Гератеволя и Столлингса 1957 г. можно рассматривать как последнее крупное исследование действия невесомости на животных. В том же году произошло два значимых события, которым суждено было изменить природу подобных испытаний. Первым стало приспособление грузового самолета C-131B для симуляции невесомости. Этот самолет получил официальное название «Невесомое чудо», но те, кто на нем летал, очень скоро окрестили его «Рвотной кометой». Он мог взять на борт сразу несколько незакрепленных пассажиров и обеспечивать прогоны с невесомостью длительностью до 15 с. Таким образом, у людей появилась возможность испытывать и изучать состояние невесомости самостоятельно, а не судить о его действии опосредованно, при помощи животных.

Использование самолета C-131B помогло снять бóльшую часть тревог и сомнений, связанных с реакцией на невесомость. Как описал это Э. Л. Браун, «почти любой человек испытывает чувство эйфории при нулевой силе тяжести. Это очень приятное состояние и очень расслабляющее. У летунов-новичков эти приятные ощущения иногда прерываются сильной тошнотой, но из-за перегрузки в 2,5 g, непосредственно предшествующей и непосредственно следующей за периодом нулевого g, невозможно сказать наверняка, что нулевое g вызовет тошноту».

Вторым событием, повлиявшим на исследование невесомости, стал запуск Советским Союзом первого спутника 1 октября 1957 г. Это событие стало для западного мира настоящим шоком, и американские военные удвоили усилия в космической гонке, особенно в отношении пилотируемых миссий. С любыми отрицательными эффектами невесомости, если бы они обнаружились, пришлось бы разбираться в процессе работы: американцы собирались отправиться в космос, и как можно быстрее. 29 июля 1958 г. президент Эйзенхауэр подписал закон об организации Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). 7 октября 1958 г. был принят проект «Меркурий», цель которого — доставка человека на околоземную орбиту и возвращение живым и здоровым на землю, в идеале раньше, чем это сделает Советский Союз. Последнее не удалось — 12 апреля 1961 г. один виток по орбите вокруг Земли совершил Юрий Гагарин, но США отстали совсем ненамного. 5 мая 1961 г. астронавт Алан Шепард совершил первый американский суборбитальный полет, а 20 февраля 1962 г. Джон Гленн сделал три оборота по околоземной орбите. Космическая гонка была в полном разгаре.

С переходом физиологических исследований живых существ в космосе от теоретического этапа к практическому многие инициаторы этой работы переключились на другие проекты. Фриц Хабер ушел в коммерцию и в 1954 г. начал работать в компании Avco Lycoming, где занимался разработкой первых газотурбинных двигателей. Позже он занял в этой компании пост вице-президента по европейским операциям.

В карьере Хайнца Хабера, брата Фрица, произошли еще более удивительные перемены. В середине 1950-х гг. он стал главным научным консультантом киностудий Уолта Диснея, где работал вместе с киношниками над множеством научно-популярных проектов, в том числе над знаменитым эпизодом 1957 г. студии Уолта Диснея под названием «Наш друг атом», в котором подробно разбирались положительные аспекты ядерной энергии. Позже Хабер написал книгу на основе этого эпизода и немало других научно-популярных книг.

Хубертус Стругхолд[3] в 1962 г. стал главным научным специалистом Отделения аэрокосмической медицины NASA, где работал над созданием скафандров и систем жизнеобеспечения, которыми пользовались астронавты «Джемини» и «Аполлонов». Благодаря своим достижениям он стал известен как «отец космической медицины». Тем не менее всю жизнь его преследовали подозрения в том, что во время Второй мировой войны он работал в концентрационном лагере Дахау и принимал участие в экспериментах на людях. Именно Стругхолд в речи на десятилетнем юбилее Департамента космической медицины авиабазы Рэндольф, возможно, лучше всего охарактеризовал те первые годы исследований в армии США: «Наша работа не всегда воспринималась всерьез сторонними людьми. Услышав про нас, люди улыбались и качали головами. Для них мы были „чокнутыми“ и „дикарями“. Нам, наверное, повезло, наше начало было скромным и очень-очень недорогим».

Роль кошек в космических исследованиях не закончилась с первыми полетами человека в космос. Исследователи быстро поняли, что движение и маневрирование в условиях невесомости представляет определенные сложности. Как, к примеру, мог бы астронавт, свободно плавающий в пространстве, изменить собственную ориентацию без изменения момента импульса? Кошачий рефлекс переворачивания в правильное положение представлял собой единственный хорошо изученный пример такого маневра, в результате рефлекс этот вновь привлек к себе интенсивное внимание.