It's a question that was driving 19th century scientists nuts.

この問題は 19 世紀の科学者たちを大変悩ませていましたが

Until one of them used an unexpected tool to solve the mystery: a camera.

それまで考えもしなかった「カメラ」という道具を使うことによって、この謎が解明されたのです。

Étienne-Jules Marey was an obsessive scientist and inventor who analyzed how things moved.

エティエンヌ＝ジュール・マレーは科学に没頭した発明家で、物体の動きの分析を追求し続けました。

And he started experimenting with photography at a time when the medium was mostly used to document static subjects.

まだメディアといえば静止画像が一般的だった時代に、彼は写真を使った実験を始めましたが

But his goal was to capture motion.

彼の目的は一連の動きを写真に捉える事でした。

And he did that by building on a basic principle of photography: exposing a photosensitive material to light and then covering it in darkness.

そして写真撮影の基本である、「感光素材を光に露出させた後でカバーして暗くする」というプロセスを使ってそれを実践しました。

So his way of creating this darkness and light was to have a disc with slots in it.

彼が編み出した暗さと明るさの作り出し方というのは、ディスクの中に切れ目を入れるというものだったんです。

By controlling the light as the subject moved across the frame, Marey was able to record movement onto a single glass plate.

撮影対象がフレーム内を移動する際に光量を調節することで、マレーは 1 枚のガラス盤に一連の動きを記録することに成功しました。

Essentially, all he does is block that light intermittently.

基本的に、彼がやったのは光を断続的に遮断するということです。

A slot from the disc opens, and then there's darkness as the man moves, opens, darkness.

ディスクの切れ目が開いて、それから撮影対象が動く中で暗くなって、また開いて、暗くなるという感じです。

This technique is called chronophotography, and the results show something human eyes will never see on their own: individual stages of motion.

この技法は連続写真撮影法と呼ばれ、その結果、一連の動きを細切れにして見るという人間の目では決して見ることができないことを可能にします。

A couple of years later, Kodak introduced celluloid film and Marey updated his slot camera in a crucial way.

その数年後、コダックがセルロイドのフィルムを発表し、マレーは自身のスロット・カメラを画期的な方法で改良します。

He swapped the single glass plate with a roll of film that moved in between exposures.

1枚のガラス盤の代わりに巻かれたフィルムを使い、それを露出の間に巻いていく形にしたのです。

So, light: an image is made.

ですから、光があると画像が写って、

Darkness, the film moves on.

暗くなるとフィルムが巻かれていくわけですね。

Light, an image — so it's a movie camera, is what it is.

また光に当たると画像が撮れてーという具合に、いわゆる映画カメラです。

Marey made a lot of films for research purposes.

マレーは研究用に多くのフィルムを撮りました。

And even tried dropping other animals to see if they'd land on their feet, specifically this rabbit and this chicken.

特にこのようにウサギやニワトリを落としてみて、これらも足から着地するのかどうか確認したのです。

Which brings us back to the cat.

というわけで、ネコの話に戻りますが

It seems to be able to right itself by flipping in the air without pushing off anything first, which would contradict the law of conservation of angular momentum.

一見、何も押すことなく空中で回転しているように見えるのですが、これでは角運動量保存則に反している事になってしまいます。

Sounds scary, but stick with me here.

何だかよく分からないでしょうけど、説明しますね。

One of Newton's laws of motion says that something in motion can't just stop itself unless an opposing force acts upon it.

ニュートンの運動法則では、物体が動いている時には何かそれを止める力が働かない限り自分で止まることはできないということになっています。

Basically, you can't just change direction midair, Wile E. Coyote style.

基本的に、空中でワイリー・コヨーテのように方向を変えることはできないのです。

But to the naked eye, it looks like a cat can.

ところが、裸眼ではネコはそれができているように見えるわけです。

Most people assumed the cat was "cheating" by kicking off the hands of the person dropping it.

一般的には、ネコは実は落とす人の手を蹴ることで「ズルをしている」のだと考えていましたが、

But Marey's film showed what's actually happening.

マレーのフィルムを見ると実際にどのようなことが起きているか見て取ることができます。

The first few frames prove right away that the cat doesn't start its rotation from a kick.

最初の数フレームでは、何よりもネコは回転を始めるのにキックの力を使っていないことが分かります。

But what it does do is arch its back.

ただ、その代わりに背中を弓なりに反らせます。

And by arching its back, it's divided its body into a front part and a back part, and the two parts can work independently.

背中弓なりに反らせることで身体全体を前部と後部に分け、それぞれの部分が独立して動くことを実現させています。

You know how a figure skater pulls their arms in to rotate faster?

フィギュアスケート選手が両手を広げて回転を速めるのを見たことがあると思いますが、

That's whats happening here, too.

それと同じ原理です。

Early in the rotation, the cat pulls its front legs in and leaves the back splayed out.

回転の初期段階では、ネコは前足をしまい込んで後ろ足を広げたままにします。

So the front half can rotate quickly while the back half stays relatively still.

こうすること身体の後ろ半分は比較的動かさずに、前の半分を素早く回転させることができるのです。

Then halfway through, it does the opposite.

そして途中でこれと全く逆の動きをします。

Front legs stretched out, back ones tucked in to flip the other half of its body around.

前足はピンと伸びて、後ろ足は丸められて身体の後ろ半分が回転していくわけです。

And you notice by the time the cat is landing, all four legs are stretched out as far as they can be, which means slow rotation.

そしてネコが着地する前になると、4 本全ての足が最大限まで伸びてゆっくり回転している事が分かります。

So the cat has rotated itself, but not overall; the two halves are working in opposite ways.

つまり、ネコは自分で回転しているんですけど、身体全体でというわけではなくて、半分ずつ別の方向に動いているんですね。

It uses the inertia of its own bodyweight to spin each side.

ネコは自分の体重の惰性を使ってそれぞれの方向へ回転しています。

And because the two spins operate separately in opposing directions, they cancel each other out.

それぞれの回転が反対方向へ向かって起きているので、プラスマイナスゼロになるのです。

So Newton's law isn't broken.

ということで、ニュートンの法則には反していないことになります。

Marey published his findings in Nature in 1894, breaking down the falling cat problem for the first time.

マレーはこの発見を 1894 年に Nature 誌上で発表して、落下するネコの謎を初めて解明しました。

His work remains an early example of using photography for scientific discovery.

彼のはたらきは、写真を科学分野での発見で活用した初期の好例と言えます。

What does photography do for science?

写真が科学にもたらす影響というと、

It records something and it makes it permanent so you can analyze it later, or so you can share it.

何かを記録として永遠に残しておくことができるので、後になって分析をしたり他の人たちとシェアすることができるんです。

But what Marey did was show something that the eye could not possibly see — ever.

でもマレーが成し得た事というのは、それまで人間の目で見ることが叶わなかったことを可視化させるということでした。

You might have seen another famous early example of motion photography.

皆さんも、初期の映画写真の有名な代表作をご覧になったことがあるかも知れません。

In 1878, Eadweard Muybridge used 12 cameras connected to tripwires to prove that a horse lifts all four feet off the ground at some point in a gallop.

1878 年には、エドワード・マイブリッジが 12 個のカメラを仕掛けワイヤにつなげて、馬が駆ける際には必ず 4 本の足全てが地面から離れる瞬間があるということを証明しました。