人类到底可以跑多快

　　文_桃桃 @发现OPS

　　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。

　　>>完整内容、精美版式、便捷获取。立即下载