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科学松鼠会:人类百米奔跑极限速度之谜   

2012-08-06 22:46:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在昨天,奥运会上最刺激、最令人激动人心的田径男子100米决赛落幕,牙买加飞人博尔特再次夺冠,成绩是9秒63,打破了奥运会的纪录,不过遗憾的是,这一次没有打破自己在2009年柏林世锦赛上创造的9秒58的世界纪录。

人一百米最快能跑多快?相信每个人都有自己的估计,赛场上的运动员们可以用双腿来证明“没有最快,只有更快”,而科学界各路人士在这个有趣的问题上“八仙过海,各显神通”,无论是认真地研究,还是打酱油的计算,给出了各种版本的预测。

出乎大家意料,对这个问题最热衷的并不是生物学家,而是数学和统计领域“玩弄数字”的人。人究竟能跑多快取决于很多个方面,不过在“数据控”们眼中,一切尽在数字中,唯一需要做的是事情就是收集到尽可能多的历史上人类创下的速度纪录,然后用一堆复杂的公式构建一个数学模型,使得自己的数学模型与这些已有的数据相吻合,同时也用这个模型预测未来的极限值。

来自美国斯坦福大学的Mark Denny教授就是这样做的,在他的“狗,马和人类奔跑速度的极限”的研究论文里,用黑色点和空心点分别标记了百年历史上男女百米赛跑的最快速度,Mark Denny尝试着用自己的数学模型画出红色的曲线,把这些点连在一起,并且预测出未来的趋势。Denny认为,红色的曲线最终变平的时候,就意味着速度极限已经达到。可以看得出,女子百米赛跑的成绩已经接近稳定,难有大的突破,而男子速度还有上升的空间,Mark Denny预测男子百米赛跑的成绩极限会是9.48秒。

人类百米奔跑极限速度之谜 - 出界专栏 - 出界

其他的一些研究者采用了类似的方法,不过因为采用的数据不同或者用的数学模型不同,殊途却不同归。剑桥大学的数学教授John Barrow的结果看起来更让人乐观,他认为运动员可以跑到9.4秒,而美国宾西法尼亚的一位教授Reza Noubary的结果也与John Barrow更接近。德国一所大学的阿尹马鲁教授的预测则更加大胆,他经过对田径各个项目的世界纪录进行研究后,认为人类100米的极限为9秒29。

除了预测最后能跑多快以外,世界记录要等多少年才能出现也是可以猜的。法国的佩龙内特和蒂博博士计算的结果是人类在2040年才能跑出9秒49。英国牛津大学的安德鲁·泰特姆在经过统计学的分析后,提出人类可以接近百米8秒的成绩——只是要等到2156年。

这些“数字算命师”单纯从数据上找规律的办法也有不小的缺陷,比赛规则、运动员训练、人体物理学、生物知识这些方面都没有考虑进去。于是一些研究人员尝试从其他角度回答人能跑多快这个问题。

上世纪70年代,美国的生物机械学博士吉迪恩·阿里尔把9秒60当成人类百米速度的极限。原因是从人体机械的角度来论证,认为超过这个速度,将导致骨头断裂,关节软组织脱落。如果按照这样说来,飞人博尔特9秒58的世界纪录恐怕难以再超过了。

美国物理学家乔纳斯·穆莱卡从风速研究入手,力图精确定量外界扰动对人类极限速度发挥的作用。博尔特2009年打破世界纪录后,他“事后诸葛亮”地表示,自己曾通过对现有速度极限进行修正,推算出人类会在2009年达到类似博尔特的速度,却因为不自信,没有公布。(摘自科学松鼠会《追捕极限速度》一文,作者张撞路,橘子)

虽然各路人士的预测结果各不相同,但是他们都承认一点:他们的模型需要随时修正,加入新的数据,预测的最快速度也不会一成不变。世事难料,预测的结果仅供参考,赛场上突然出现预测意料之外的世界纪录让自己成为“砖家”实属正常。在1936年柏林奥运会时,百米世界纪录是10.03秒,当时就有医学界人士预测,人类的肌肉纤维能承载的运动极限也就是10秒,面对这种预测包括博尔特在内很多运动员只有“笑而不语”了。

看来不仅"一千个观众眼中有一千个哈姆雷特",“一千个科学家眼中可能也会有一千个百米赛的极限速度”,一切预测只有赛场上才能见真相。

附:最近几十年百米赛跑世界记录不断被刷新

9.95 - 吉姆·海恩斯(美国),1968年10月14日,墨西哥 

9.93 - 卡尔文·史密斯(美国), 1983年7月3日,美国科罗拉多 

9.92 - 卡尔·刘易斯(美国),1988年9月24日,韩国汉城 

9.90 - 勒罗伊·伯勒尔(美国),1991年6月14日,美国纽约 

9.86 - 卡尔·刘易斯(美国),1991年8月25日,日本东京 

9.85 - 勒罗伊·伯勒尔(美国),1994年7月6日,瑞士洛桑 

9.84 - 多诺万·贝利(加拿大),1996年7月27日,美国亚特兰大 

9.79 - 莫里斯·格林(美国),1999年6月16日,希腊雅典 

9.77 - 阿萨法·鲍威尔(牙买加),2005年6月14日,希腊雅典 

9.74 - 阿萨法·鲍威尔(牙买加),2007年9月9日,意大利雷蒂 

9.72 - 尤塞恩·博尔特(牙买加),2008年5月31日,美国纽约 

9.69 - 尤塞恩·博尔特(牙买加),2008年8月16日,中国北京 

9.58 - 尤塞恩·博尔特(牙买加),2009年8月16日,德国柏林

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