El síndrome del "Gato Paracaidista"

Es bien conocido por los veterinarios que la caída de los gatos suele tener peores consecuencias si se produce desde un primer piso que si es desde un 2º o un 3º (se recomienda revisar el informe: Patrones radiográficos más frecuentes en gatos con síndrome paracaidista: Estudio retrospectivo, Gutiérrez JA, Flores AJ, Luengo ME, Moralobo MC.). Al contrario de lo que parece a simple vista, lo que el animal hace no es darse vuelta sencillamente, el modo en que cae es mucho más complejo, y ésta es una de las razones por la que no hay una relación directa entre la altura de la caída y el daño sufrido tras ésta. El modo en que cae es tan complejo que el tema ha sido tratado por veterinarios, fisiólogos y hasta físicos (existe un teorema del gato paracaidista basado en la teoría de Gauge:http://count.ucsc.edu/~rmont/papers/cat.PDF).

La explicación es la siguiente: cuando el gato nota la aceleración de la caída, adopta una postura encogido con las patas estiradas, que le permite, al llegar al suelo, amortiguar el efecto del impacto. Además, momentos antes de tocar el suelo, el gato se estira para aumentar al máximo su superficie y con ello el rozamiento con el aire (de forma similar a un paracaidas), lo que frena poco a poco la caída.

El mecanismo exacto por el cual el gato conseguía salir ileso de este tipo de caídas era desconocido hasta 1894. Según la obra de Reto U. Schneider, Das Buch der verrückten Experimente:

(...) “En 1894, la Academia de Ciencia de Paris solicitó “una explicación física de cómo el gato es capaz de aterrizar de pie después de caer de gran altura”. Para los que no era científicos, la respuesta era fácil: Simplemente los gatos poseen una gran habilidad para moverse ellos mismos en el aire que pueden situar las patas debajo para el aterrizaje. Pero la gente más metida en materia sospechaba que debía haber alguna explicación física compleja relacionada con ello. El problema consistía en que un gato que se está cayendo no tiene nada desde donde empujarse. Cada vuelta que da con sus cuartos delanteros provoca que los traseros giraran en la diracción contraria. Medio giro en el sentido de las agujas del reloj por delante consistía en medio giro en contra del sentido de las agujas del reloj por detrás. Teóricamente, el gato debería caer completamente torcido y, obviamente, ese no es el caso. Al principio, los investigadores asumieron que el gato utilizaba las manos de los investigadores para coger impulso y realizar el giro (el experimento era cutre cutre y se hacía tirando a los gatos directamente con las manos). Pero incluso atando las patas individualmente con cuerdas para evitar que fueran empujados antes de caer no evitó que terminaran cayendo a cuatro patas. El misterio fue resuelto finalmente por un médico francés: Étienne Jules Marey. Marey inventó gran cantidad de dispositivos mecánicos, incluyendo una grabador cinematográfico (los hermanos Lumiere lo inventaron poco antes) que podía captuar la imagen de un gato cayendo a 60 imágenes por segundo. En la demostración de la película, algunos físicos aún dudaban de que la rotación fuera posible sin que el gato se empujara a través de algo. Pero un físico lo miró con más cuidado y se dió cuenta del truco del gato. El movimiento ocurre en dos fases: Primero, el gato gira sus cuartos delanteros hacia el suelo y entonces (en la misma dirección) los cuartos traseros. El cambio de posición de las patas entre las dos fases permite a la zona delantera y trasera del gato repelerse la una a la otra El gato usa el mismo principio que el de un patinador de hielo haciendo una pirueta: Encogiendo los brazos para girar más rápido y extendiéndolos para girar más lentamente. El gato hace ambos movimientos simultáneamente: Encoge los cuartos delanteros y estira los cuartos traseros. De esta forma es capaz de dar rápidamente medio giro de sus patas delanteras hacia el suelo, mientras que las traseras terminan girándose sólo un poco en la dirección contraria debido a la resistencia creada por la extensión de las patas traseras. Para situar adecuadamente estas patas traseras, el gato invierte el procedimiento. Extendiendo las patas delanteras y encogiendo las traseras. Pronto, las grabaciones de Marey marcaron un inicio en la filmación de animales mientras caían. Se tiraban perros, conejos, monos y, en un estudio, un “pequeño conejillo de indias gordo”, el cual, sorprendentemente, giraba su vientre 180 grados, para asombro de los investigadores. En 1960, un investigador reunió 70 años de investigación sobre los gatos paracaidistas: “Como se puede ver, la forma en la que los gatos se dan la vuelta plantea muchos problemas interesantes, aunque la solución no sea de gran importancia práctica (excepto para los gatos).”

La investigación sobre este fenómeno nos la explica con aún más detalle Bartolo Luque en un pequeño artículo:

"En 1894 la Academia de Ciencia de París solicitó una explicación física para el fenómeno del gato paracaidista: ¿cómo consiguen los gatos caer siempre de pie? El problema es más peliagudo de lo que parece a simple vista. Piense que un gato en caída no tiene puntos de apoyo y es capaz de rotar hasta 180º alrededor de su espina dorsal si comienza su caída de espaldas. Recordemos que el momento angular se conserva en ausencia de fuerzas externas. Es más, se conserva incluso con la presencia de fuerzas externas, si éstas son fuerzas centrales, como la gravedad, la única fuerza externa que actúa sobre el gato en caída libre si despreciamos el rozamiento del aire. Este principio de conservación es el que hace increíble a los ojos de los físicos teóricos los malabarismos imposibles de los gatos en vuelo. Por conservación del momento angular, cada giro que intentara un gato con su parte delantera debería quedar compensado exactamente con la parte trasera, que giraría en sentido contrario. Para un físico teórico el gato debería aterrizar torcido. La solución al entuerto se desveló gracias a cronofotografías, como la que ilustra el icono que nos trae, del fisiólogo francés Étienne Jules Marey (1830-1904).

Recurramos a otro icono de la ciencia para explicarlo. Un patinador de hielo girando sobre sí mismo consigue aumentar su velocidad angular al extender los brazos y lo contrario al replegarlos. Al mover los brazos, el patinador consigue variar su momento de inercia, automáticamente eso varía su velocidad angular para que se conserve su momento angular. El gato hace algo semejante, pero en dos tiempos: primero, si comienza cayendo de espaldas, gira su mitad delantera hacia el suelo. Para que el momento angular se conserve, inevitablemente entonces la parte trasera girará en dirección contraria, como bien sabe el físico teórico. Pero el gato realiza esta contorsión encogiendo las patas delanteras al mismo tiempo que estira las traseras. De ese modo gira muy rápido la parte delantera hacia el suelo, mientras la trasera sólo se gira un poco en sentido contrario. Y segundo, para encarar de forma adecuada la parte trasera, el gato invierte el sentido de los giros anteriores, la torsión, y al mismo tiempo estira las patas delanteras y encoge las traseras.

La astucia felina me recuerda otro problema clásico. La teoría más aceptada que describe el proceso de formación del Sistema Solar puede resumirse así: una inmensa nube de materia interestelar de forma más o menos esférica comenzó su colapso. La concentración de masa en el centro de la nube dio lugar al Sol. A medida que la zona central de la nube se contraía, su velocidad de giro aumentaba, debido a la conservación del momento angular. Alrededor del bulbo central, la nube fue aplanándose a causa de la fuerza centrífuga, formando un disco protoplanetario de gas y polvo del que surgirían los planetas. Lo sorprendente, y aquí está el problema, es que si bien el Sol detenta actualmente el 99% de la masa del Sistema Solar, solo posee menos del 1% del momento angular total. Con los planetas ocurre lo contrario. ¿Cómo es eso posible? Consideremos dos fragmentos radialmente contiguos de gas de la nebulosa en órbita circular. Los fragmentos se rozan transfiriéndose momento angular. La energía se disipa, pero el movimiento angular se conserva. El resultado es que el elemento con menor velocidad angular, gana momento angular, y por lo tanto debe moverse hacia fuera, a expensas de aquél con mayor velocidad angular, que pierde momento angular, y se mueve hacia dentro. ¿No les recuerda esto, en cierto modo, a la estrategia de nuestro gato paracaidista?

Y ahora, una pizca de cuántica (y no será sobre el gato de Schrödinger). A mediados de los años 80 del siglo XX, dos físicos de altas energías, Shapere y Wilczek, fueron los primeros en darse cuenta que el gato volador se comporta como una partícula cargada no abeliana, respecto al grupo no abeliano de rotaciones en el espacio, bajo la influencia del campo gauge correspondiente a la condición momento angular igual a cero. Aunque no haya entendido un carajo de lo anterior (cosa que no le desmerece, lector, porque es imposible en dos líneas), quédese con que es sencillamente maravilloso que la teoría gauge, que había dado tantos dividendos en el exótico mundo de las partículas subatómicas, sea hoy el marco matemático natural para resolver el problema del gato paracaidista y otros semejantes de reorientación.

Y ya que me he puesto muy serio, para contrarrestar, déjenme acabar con un chiste de físicos. Según la ley de Murphy, si una tostada cae al suelo, seguro que aterriza por su cara untada. Por otra parte, todo el mundo sabe que un gato siempre cae de pie. ¿Qué ocurriría entonces si atáramos al lomo de un gato una tostada con su cara untada hacia fuera y lo lanzáramos al aire? Por pura lógica el sistema compuesto quedaría flotando gracias a una especie de antigravedad semejante a la que proporcionaba la cavorita de H. G. Wells… Por cierto, la ley de Murphy para las tostadas ha sido estudiada estadísticamente por el genial matemático Robert Matthews, pero eso es otra historia".