人类到底可以跑多快

人类到底可以跑多快

如果说1968年是个分水岭,美国短跑选手吉姆·海因斯在墨西哥城奥运会以9.95秒创造100米短跑的新世界纪录—人类首次跑进10秒大关。在20世纪剩余的32年里,这一纪录仅仅提升了0.16秒;但在最近5年里,世界纪录不断被刷新,比上世纪的所有进展都快。

2008年北京奥运前,美国布鲁斯堡大学的数学家纽巴里(Reza Noubary)曾计算“人类的(百米跑)极限是9.44秒”;日本数据评估与分析中心的Tatsuo Tabata根据统计数据做出的模型显示,2030年之前,人类都不可能跑进9.70秒。

然而,北京奥运会上,牙买加“闪电”博尔特用惊艳全场的9.69秒创造了赛会新纪录,并在次年的柏林世锦赛上把人类极限推至9.58秒。

若要打破预测,剑桥大学的数学家巴罗(John Barrow)出了些歪点子:顺风跑,或在空气稀薄的高海拔地区跑(都能减少空气阻力)。

抛开客观因素,科技还能帮助选手快多少?

我们得弄清楚短跑中双腿的物理机制。美国南卫理公会大学的学者韦安德(Peter Weyand)通过高速摄影机分析出,每个跑步者在达到最高速时,从抬脚到落地约耗时1/3秒。更有趣的是,无论是博尔特还是老奶奶,这个数字几乎没有出入。“老奶奶虽然跑不过博尔特,但她全速跑时,脚复位的速度几乎与博尔特一样。”

滞空的1/3秒,被认为是接近生理极限。韦安德说很少有人能在这一点上改进更多,除了一个例外——南非“刀锋战士”皮斯托瑞斯。这个双腿截肢的选手由于依靠一双碳纤维假肢跑步,假肢重量远比正常人轻,因此他能比其他选手摆腿快20%,从而不落下风。

对绝大数选手来说,速度更取决于他们能从地面获得多大的蹬地力:要么对地面施加的作用力更大;要么延长作用力时间。

第二种办法正是猎豹获得高速的原因:通过背骨的异常弯曲来最大化发力时间。猎豹前腿着地时,柔韧的背骨会极度弯曲,让后腿尽可能长时间腾空;后腿弹跳时重新释放弯曲的背骨,让前腿尽量腾空同时后腿在地面产生更大的推力。

这样的技巧,双脚动物没法用。但科技也带来过革命:1990年代速度滑冰就从克莱普冰刀上获益匪浅。由于新式冰刀的设计让选手的冰刀与冰面接触时间更长,可以更大发力,于是在长野、盐湖城两届冬奥会上一大批新世界纪录问世。

遗憾的是,短跑选手想在跑鞋上做文章,却很难有进展。这是由于跑动中的双腿就像弹跳棒,接触地面、压缩肌肉。如果新跑鞋技术介入,那步态就必须改变,但会干扰到腿的反弹,从而影响整体表现。韦安德说,只有皮斯托瑞斯例外。因为他的假肢比正常人的更富弹性,能让他比其他选手在地面作用的时间长10%。

现在看来,提高成绩只有一条路了:产生更大的蹬力。

简单地说,跑得快的人比跑得慢的人对地面施加更大的作用力。数据显示,一个冠军级别的短跑选手,可以产生2.5倍于他体重的蹬地力,而大多数人只能产生2倍的力。当博尔特的脚掌着地时,在几毫秒时间里可以产生约400公斤的推力。

一般来说,动物的肌肉所能产生的速度与其大小密切相关。比方说,老鼠比大象小得多,因此可以更快地运动其肌肉。对人类来说也是如此。短跑选手一般身材不能太高,这样才有更多的快肌纤维(fast-twitch fiber)用于短距离加速,而不是长距离跑。

博尔特是个异类。韦安德说,一般来说,那么大的块头,起跑都难。

科学家们可以预见的是,随着基因治疗技术的发展,今后会有很多选手会钻制度的漏洞,提高快肌水平,从而挑战极限。

但是,从最根本的生理机制层面看,“至今我们对这些力的认识都是基于静态环境(未能结合多因素),因此还无法解读从作用力到整体运动中的方方面面。”韦安德说。等到能够破解短跑密码的那一天,人类或将挑战9秒大关。

来源:南都周刊

链接:http://www.nbweekly.com/news/tech/201208/30895.aspx

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