人类到底可以跑多快

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  伦敦奥运会上,牙买加名将博尔特没有打破他保持的9.58秒的百米短跑世界纪录。这个地球上跑得最快的人,何时能颠覆科学家对终极速度的预言?
  如果說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,北京奥运运会上,牙买加“闪电”博尔特用惊艳全场的969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至958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(PeterWeyand)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。韦安德說很少有人能在这一点上改进更多除了一个例外——南非“刃锋战士”皮斯托瑞撕。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。
  对绝大数选手来說,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。韦安德說,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。
  简单地說,跑得决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。
  一股来說,动物的肌肉所能产生的速度与其大小密切相关。比方說,老鼠比大象小得多’’因此可以更快地运动其肌肉。对人类来說也是如此。短跑选手一般身材不能太高,这样才有更多的快肌纤维(fast-twitchfiber)用于短距离加速,而不是长距离跑。
  博尔特是个异类。韦安德說,一般来說,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。”韦安德說。等到能够破解短跑密码的那一天,人类或将挑战9秒大关。
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