Может ли мяч во время полёта изменить направление движения на противоположное, ни с чем не столкнувшись?

Нет конечно!

Трудный вопрос ... смотря куда его подбросили, например если вверх, то он потом полетит в противополжную сторону то есть вниз, также например мячик для пинг понга можно закрутить ... ну а если кидать вперед и без закрутки, то нет