Формула кошки: физик объяснил поведение хвостатых на языке математики

Связь между кошками и физикой имеет давнюю историю. Достаточно вспомнить знаменитый мысленный эксперимент Шрёдингера или недавнее шуточное исследование, доказавшее способность кошек быть одновременно жидкостью и твердым телом (оно, кстати, даже получило Шнобелевскую премию). Теперь же физик доктор Анксо Биаси из Галисийского института физики высоких энергий пошел еще дальше, разработав математическое уравнение , описывающее активность кошек.

Ученый не стал ограничиваться поведением животного отдельно. Вместо этого он сразу взялся за более сложную задачу двух тел – взаимодействие кошки с человеком. В основу исследования легли наблюдения за домашней кошкой по имени Эме (она на фото снизу), хотя автор также консультировался с друзьями, у которых большой опыт общения с животными или есть свои питомцы.

Биаси начал с базовой гипотезы о том, что кошки ведут себя так, будто ощущают некую силу вокруг человека. В своей модели он поместил человека в центр координат (x=0), а положение кошки обозначил как x. Базовое уравнение учитывает массу животного (m) и коэффициент трения, вызванный его усталостью (ϵ).

На основе наблюдений за Эме исследователь выделил семь поведенческих паттернов. К низкоэнергетическим состояниям он отнес такие явления, как сидение на коленях, игнорирование человеческих призывов, рассеянность внимания и колебательные движения во время поглаживания.

Мурлыканье Биаси рассматривает как пример самоподдерживающейся системы. По его словам, когда кошку гладят и она начинает мурлыкать, у человека в мозгу возникает импульс, который заставляет продолжать это действие, что усиливает стабильность процесса. Определенно, многие важные дела, возможно даже серьезные физические открытия, были отложены из-за мурлыкающей кошки на коленях.

Отдельное внимание ученый уделил феномену "зуми" (также известному как периоды френетической случайной активности или FRAP) – состоянию повышенной энергии, когда кошка носится по дому без видимой цели. Для моделирования этого феномена пришлось ввести функцию рандомизации, поскольку даже сама кошка не знает, куда она помчится в следующий момент.

При описании "зуми" Биаси использовал метод Эйлера-Маруямы, который обычно помогает моделировать броуновское движение. В уравнение был добавлен специальный член σf(t), позволяющий рассматривать перемещение кошки как стохастический процесс.

Статья уже получает критические отзывы. Главное замечание касается авторства: Биаси указал себя единственным автором статьи, а свою кошку Эме даже не упомянул по имени в благодарностях, ограничившись общей фразой "автор благодарен своей кошке за вдохновение". Критики считают это несправедливым, приводя в пример известный случай с котом Ф.Д.К. Виллардом - его включили в соавторы научной работы по физике просто за то, что из-за него в тексте появилось множественное число.

Но, конечно, есть и претензии посерьезнее. Например, сильное упрощение действительности: Биаси использует только классическую механику и рассматривает кошку как "точечную частицу, подчиняющуюся законам Ньютона". С учетом известного квантового поведения кошек такой подход выглядит слишком примитивным. К тому же, шутят критики, вряд ли кошка станет подчиняться каким-либо законам - даже ньютоновским.

Автор и сам понимает ограничения своей работы, да и вряд ли стремился создать что-то гениальное. По его словам, уравнения не претендуют на универсальность - у разных кошек описанные закономерности могут проявляться с разной силой. Изначально исследование задумывалось как первоапрельская шутка, но затем Биаси увидел в нем отличный учебный материал для студентов-физиков.

По заверениям ученого, разработанная модель успешно воспроизводит типичное поведение хвостатых и пушистых. Проверить это может любой, кто разбирается в представленных уравнениях и имеет дома кошку. Исследование опубликовано в открытом доступе в American Journal of Physics.