貓從高處落下總是可以順利四腳著地？

大家有聽過奶油貓咪悖論嗎？ 塗了奶油的吐司如果不小心掉到地上，永遠都是有奶油的那面著地；貓咪從高處落下，永遠都是用腳著陸。根據這兩個定律，如果把塗了奶油的吐司黏在貓咪的背上，然後讓他從空中落下，這樣吐司跟貓咪就會一直旋轉而飄浮在空中。

這個奶油貓咪悖論當然是一個惡搞的理論，不過實際上大部分的時候貓咪從高處落下，不管是正面或背面朝地，最終貓咪都會以腹部朝下的方式著地，這種現象稱為貓的翻正反射（cat righting reflex）。這個現今我們看起來正常不過的現象在一百多年前可是登上《Nature》雜誌的重大發現，這其中也隱含了巧妙的物理原理。落下一開始貓會將上半身偏向某一側，同時將前腳往頭部收縮以降低轉動慣量（moment of inertia），此時後腳會伸直且幾乎與身體軸線垂直，朝著與上半身相反的方向產生另一個轉動慣量；下一階段貓則是將前腳伸出、後腳收縮，後半身利用前腳產生的慣性為支撐而達到翻正的效果。依照貓身體柔軟程度的不同，落下的過程中可能需要重複二到三次這樣的步驟才能達到180度的轉向。

所以貓從高處落下一定都能安全落地嗎？  答案絕對是否定的，因為有個醫學名詞叫貓跳樓症候群（feline high-rise syndrome）就是在描述貓咪從高樓墜落後產生的一連串悲劇，包括骨折、挫傷、氣胸、鼻腔出血等症狀。根據研究統計，這類墜樓案例大多發生在年輕的貓咪，平均年齡落在1.2到3歲之間，大概是小屁孩貓咪攀爬技巧不夠熟練又愛玩才會比較容易出意外。受傷的類型跟墜落的高度也有關係；研究發現貓如果從七樓以下的高度摔下時大多會本能地四腳伸直然後用腳著地，所以比較容易出現四肢骨折的狀況，嚴重程度會與墜樓樓層成正比。但如果是從七樓以上的高度掉下來，由於有足夠的反應時間，貓的內耳前庭系統會適應墜落產生的速度感，貓就會像跳傘一樣整個身體與四肢呈現水平姿勢，意圖讓身體產生最大的阻力減緩速度，這種情況貓咪就會用身體著地，因此相較於四肢骨折反而比較容易造成胸腔與腹腔的器官創傷。

不過九命怪貓這個封號也不是叫假的，一項統計指出貓從高樓墜落存活機率高達九成，甚至其中一隻貓從32樓跳下只有摔斷幾根牙齒與輕微氣胸，住院觀察兩天就順利出院。比起人或狗，貓咪墜樓的存活機率明顯高出許多，這主要有幾個原因。首先是由於高空落下的過程中身體的面積會對空氣形成阻力而降緩落掉落速度，以一隻4公斤、呈水平姿勢的貓來算，墜樓過程產生的最高速度只會來到大約60英里/小時，相較於成年人類最高速度可達120英里/小時，由於貓的體重較輕且掉落的速度較慢，最後觸地所產生的衝擊力相較於人類就低很多；另外貓發達的內耳前庭能夠讓他們保持平衡，透過翻正反射以正面著地，運用協調的肢體活動將撞擊力均勻分散到全身。貓咪這種過人的能力帶給人類許多啟發，包括一些體操與跳水的動作，NASA甚至用模仿貓落下的動作訓練太空員。

太空人模仿貓咪落下的動作。圖片來源：https://rarehistoricalphotos.com/the-falling-cat-nasa-space-casts-1969/

所以假如各位是居住在高樓層的話千萬要注意家中的門窗是否牢靠，雖然貓咪天賦異稟總是能正面著地，但千萬不要以為他們從高處摔下來都一定沒事，貓的骨骼與臟器能夠承受的外力還是有限，劇烈的撞擊還是有可能會讓他們小命不保。

參考文獻： 

1. Photographs of a tumbling cat. Nature. 1894
2. A dynamical explanation of the falling cat phenomenon. International journal of solids and structures. 1969
3. Feline high-rise syndrome: 119 cases (1998-2001). 2004
4. High-rise syndrome in cats. Journal of the American Veterinary Medical Association. 1987