速度的極限

張欣

對于速度的追求是人類永恒的話題。在每一次新紀錄誕生所帶來的強烈震撼中，人們更期待下一次沖擊。對于人類速度極限的猜想始終吸引著無數(shù)人的濃厚興趣。當然，科學家們也特別喜歡湊熱鬧。

關于百米比賽的速度極限，曾有人預測是10秒，也有人在比較了動物與人類的速度變化趨勢后，得出9秒48的結(jié)論，甚至有人預測運動員將在2156年舉辦的奧運會上跑出8秒079的恐怖成績。總之，五花八門，無奇不有。然而，科學家們預測的人類速度極限究竟是如何得來的呢？人類的速度極限真的是在不斷提升嗎？

科學家也不靠譜

2004年， 英國牛津大學的安德魯·塔特姆和同事在《自然》雜志上發(fā)表了一篇預測運動員百米成績的著名文章，立即在學術界掀起了一場激烈的論戰(zhàn)。在文章中，作者使用簡單的線性回歸模型描述百米成績的發(fā)展趨勢，并預測：2156年第六十六屆奧運會時，女運動員的百米成績將達到8秒079，男運動員則為8秒098。

細想一下，這一預測實在經(jīng)不起推敲。男女100米項目進入現(xiàn)代奧運會分別是在1896年和1928年。最近幾十年，女子項目比賽成績的提升速度略快于男子。按照這種趨勢，女運動員的百米成績將在148年后首次超過男運動員。然而，人類的速度不可能無休止地提高。

對此，英國公共健康研究院的肯內(nèi)斯·里斯批評說：“按照這個預測模型，運動員在2636年跑完100米的用時將會低于零秒，出現(xiàn)負值?！比绻麕装倌旰蟮氖虑槎寄芫珳实仡A測到，那么觀看競技體育的比賽還有何樂趣可言？

在數(shù)據(jù)方面，作者選取的是歷屆奧運會男女100米比賽的冠軍成績。實際上，奧運會的比賽成績并不能代表當時運動員的最高水準。1896年雅典奧運會，男子100米項目的冠軍是美國運動員托馬斯·伯克，成績?yōu)?2秒整，但當時的世界紀錄已經(jīng)達到10秒8。用如此不準確的數(shù)據(jù)分析，不可能得到較準確的預測結(jié)果。

話說回來，數(shù)據(jù)不準確是無法避免的。眾所周知，女子100米項目雖然起步較晚，但在上世紀80年代就已達巔峰。1988年，美國運動員格里菲斯·喬伊娜創(chuàng)造10秒49的世界紀錄，這一匪夷所思的成績至今仍無人接近。那個年代正是合成類固醇藥物泛濫成災，又無法得到有效遏制的特殊時期。體育項目的參與人數(shù)也會對比賽成績的提高產(chǎn)生重要影響，中國和印度這些發(fā)展中國家的潛力就從未被充分挖掘過。凡此種種，準確地反映人類在每一時期的運動能力本身就是一件不切實際的事情，更不必談成績預測了。

無獨有偶，這類極度缺乏邏輯性的預測此前早就出現(xiàn)過。1992年，《自然》刊登了布萊恩·維普等人的預測：1998年時，女子馬拉松的比賽成績將超過男子馬拉松，達到驚人的2小時01分59秒。事實上，這種情況并未發(fā)生。作者甚至樂觀地認為，21世紀上半葉，女運動員在所有徑賽項目中的比賽成績都將超過男運動員。維普是世界知名的運動生理學家，作出的預測竟然也會如此不著調(diào)。

總之，塔特姆的這個預測更像是造了一個馬蜂窩，總有捅不完的漏洞。作為世界上最權(quán)威的學術期刊，《自然》刊登這種文章，其最大的意義似乎僅在于引起一場激烈的爭論。人類的速度究竟有沒有極限，這一問題目前還未有定論。

又一輪無用功

4年之后，關于人類速度極限的討論又掀起一股熱潮。2008年北京奧運會男子100米決賽，牙買加閃電尤塞恩·博爾特以9秒69的成績再次打破世界紀錄，距他上一次打破世界紀錄只有兩個多月。然而，最

令觀眾嘆為觀止的卻是博爾特沖過終點線的方式。在沖刺階段，博爾特故意放慢了速度，張開雙臂，拍著胸脯，以一種前所未有的方式輕松邁過終點。

這一石破天驚的慶祝動作引起人們的無窮幻想。如果他最后沒有減速，時間將會定格在何處？博爾特的教練格倫·米爾斯認為，如果博爾特全力沖刺，成績應該在9秒52左右。奧斯陸大學天體物理研究所的漢斯·埃里克森和他的同事則預測博爾特的成績會在9秒50以內(nèi)。

埃里克森使用蒙特卡洛模擬的方法，假設博爾特在沖刺階段（8秒以后）不降速，且加速度高于第二名里查德·湯普森0.5 m/S2，可以跑到9秒55。在綜合考慮風速、起跑反應時間等因素后，作者認為博爾特將來完全能夠跑進9秒50。遺憾的是埃里克森的這個分析同樣漏洞百出。

首先，關于博爾特加速度高于湯普森0.5 m/S2的假設，完全出于經(jīng)驗性判斷，沒有任何科學依據(jù)。雖然從博爾特沖線瞬間的面部表情來看，他或許擁有如此實力，但沒人可以斷定博爾特在是否出現(xiàn)生理疲勞?；蛟S當時的博爾特已如強弩之末，只是借助慶祝動作迷惑全世界的觀眾，在增加關注度的同時，輕輕松松地制作了一檔高質(zhì)量的娛樂節(jié)目。

想打破百米世界紀錄，絕對實力必不可少，同時也要沾點運氣，比如現(xiàn)場的環(huán)境。與以往的經(jīng)典對決不同，這場比賽時的風速為零。以往的研究顯示，順風速每秒提高1米，百米比賽的成績即可提高0.05秒。如果這場比賽當時的風速是國際田聯(lián)規(guī)則所允許的最大值，即順風每秒2米，那么博爾特的成績將會再提高0.1秒左右。歷史沒有這么多的如果，不可能所有的有利條件同時出現(xiàn)。

此外，博爾特的起跑反應在決賽選手中是最慢的，比湯普森慢了0.025秒?？紤]到這個因素，作者認為博爾特至少還應有0.02秒的提升空間。

博爾特身高1米95，起跑反應稍微遲鈍一點是再正常不過的事情了。任何運動員都不可能在每一個環(huán)節(jié)上做到世界第一，畢竟各個環(huán)節(jié)都是相互聯(lián)系并彼此制約的。博爾特步幅巨大，100米全程只需41步左右。相比之下，他的步頻必然受到較大限制。假設一名運動員同時擁有博爾特的步幅和蓋伊的步頻，百米跑進8秒絕對是輕而易舉。

不過，再無厘頭的預測都有市場需求，媒體就喜歡扯這事。此前曾有人預測過男子110米欄的速度極限?；仡櫄v史，阿蘭·約翰遜前三欄的速度最快，為4秒54，劉翔三至十欄的速度最快，為6秒98，特里·瑞斯沖刺速度最快，為1秒30。三個計時段的最佳成績相加，得出當前人類的高欄速度極限為12秒82。然而，美國名將阿里斯·梅里特在2012年創(chuàng)造的世界紀錄竟是12秒80。

預測這事，每個人都有發(fā)言權(quán)，但也存在一個隱形的弊端：時間長了，可能會拉低大家的智商水平。

不能小看高科技

自現(xiàn)代奧運會誕生以來，經(jīng)過幾代人的不懈努力，百米世界紀錄定格在9秒58。但是，不能簡單地認為人類的速度極限也在不斷提高。在這個不斷挑戰(zhàn)的過程中，高科技的力量絕對不容小視。

1896年首屆現(xiàn)代奧運會，波士頓大學法律學院學生托馬斯·伯克摘得男子百米冠軍，成績?yōu)槭钟洉r12秒整。如今看來，這是一個再業(yè)余不過的成績。

隨后，短跑成績的提升速度相當之快。1936年柏林奧運會時，美國黑人運動員杰西·歐文斯在希特勒眼皮底下跑出10秒3的成績。奧運會前，歐文斯還曾跑出10秒2的世界紀錄?？紤]到歐文斯所處的環(huán)境，這絕對是一個非常了不起的成績。

當時，美國國內(nèi)的種族歧視比較嚴重，雖然歐文斯在中學時代已經(jīng)取得了出色的成績，但沒有得到任何一所美國大學的獎學金，迫使他不得不花費大量的時間用于兼職工作，訓練的系統(tǒng)性遠不能與如今相提并論。

二戰(zhàn)后，東西方兩大陣營的較量逐漸轉(zhuǎn)移到競技體育領域。蘇聯(lián)、民主德國等開始從國家戰(zhàn)略層面建立運動員培養(yǎng)體系，競技體育逐漸職業(yè)化。即使如此，直到1960年，百米世界紀錄才由西德運動員阿明·哈里提升至10秒整。

硬件條件的改善同樣至關重要。歐文斯參加柏林奧運會時，用的還是煤渣跑道，在地上隨便挖個坑即當起跑。后來，標準化的起跑設備開始普及。1968年墨西哥城奧運會使用了全天候的合成塑膠跑道，美國黑人運動員吉姆·希金斯以9秒95的成績奪冠，這也是運動員在電子計時時代首次突破10秒大關。

此后，世界紀錄的提升速度極其緩慢。1996年亞特蘭大奧運會，加拿大運動員多諾萬·貝利創(chuàng)造9秒84的世界紀錄。從1968年至1996年這28年間，世界紀錄僅提升了0.11秒。即使如此，這一“小小的進步”也從未擺脫過不干不凈的質(zhì)疑。最著名的鬧劇無疑要數(shù)1988年漢城奧運會男子百米飛人大戰(zhàn)，在進入決賽的8名選手中，至少已有5人被發(fā)現(xiàn)與嗑藥有染。

為了突破速度局限，人類使用了一切可以使用的高科技手段，那怕只為提升0.01秒。上世紀90年代，日本水野公司曾為卡爾·劉易斯量腳定制了一雙重量只有115克的陶瓷釘鞋，鞋釘?shù)拇笮　?shù)量和位置設計得事無巨細，直接引發(fā)了運動員追求高科技跑鞋的風潮。

如今，打造一位短跑明星絕對是一項系統(tǒng)工程。燒錢自不用說，背后一定要有一個高度專業(yè)化的團隊提供全方位、立體式的后勤保障，細到吃喝拉撒睡。運動員的身體狀況無論出現(xiàn)多么細微的變化，都能在第一時間得到反饋信息。相比之下，歐文斯就無法享受到這樣的待遇。

考慮到時代背景與諸多高科技因素，從歐文斯到博爾特這80多年來，人類的速度潛能真的變化不大，畢竟人類的進化是一個極其漫長的過程。如果歐文斯生活在21世紀，不見得一定跑不過博爾特。

還有一個極具說服力的例子。1935年，歐文斯曾在跳遠比賽中跳出8米13的世界紀錄，并保持了25年之久，直到1960年，才由他的同胞拉爾夫·波士頓以8米21的成績打破。歐文斯的這個成績放在2012年倫敦奧運會上都可以拿到銅牌。歷史上有場著名的東京大戰(zhàn)，邁克·鮑威爾和卡爾·劉易斯多次跳出8米80以上的成績。但實事求是地說，當時的科技水平確實提高了不少，況且那個特殊年代的成績難免會存在一點小瑕疵。

在人類的不斷挑戰(zhàn)下，世界紀錄被頻頻刷新。但是，這并不意味著人類的速度極限在不斷提升，而是在很大程度上借助于高科技的力量，將已有的運動潛能盡可能地挖掘出來罷了。

人類不是超人

在普通人看來，9秒58已是一個巔峰的數(shù)值，博爾特更像是外星人。其它項目，如女子100米、200米、400米、男子跳高、跳遠等，世界紀錄已經(jīng)很多年無人接近。人類的運動能力最終會趨于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。速度的突破不可能永無休止地繼續(xù)下去，這與人體自身的局限和矛盾息息相關。

人體是一個相互協(xié)調(diào)又相互牽制的復雜反饋系統(tǒng)。隨著速度的提高，運動員每個步幅所受到的空氣阻力與制動沖量也會增加。此外，根據(jù)著名的希爾曲線，運動員的肌肉力量會隨著肌肉收縮速度的增加而下降，這是肌絲滑行機制導致的必然結(jié)果。這些牽制因素都會阻止速度的進一步提升。運動員在不斷加速和制動過程中，達到一種速度平衡，如此反復。

短跑比賽的速度取決于步幅和步頻。在低速階段，步幅和步頻持續(xù)增加。速度達到或接近最大值時，隨著步頻的增加，步幅就會相應縮小。運動員20歲時，步幅已趨于穩(wěn)定。本·約翰遜在1983年世錦賽上的成績?yōu)?0秒44，而在1988年奧運會上則跑出了9秒79的成績，兩場比賽都是用了46步半。通過訓練和藥物的幫助，約翰遜的深蹲重量提高到250公斤，但步幅并沒有發(fā)生什么變化，提高成績主要是依靠步頻。

步頻的提高需要強大的肌肉力量。肌肉含量的增加意味著更多的動力，但能量的消耗也會隨之急速增加。運動員在沖刺過程中所承受的地面反作用力也會變得更大。所以，即使像博爾特這種大塊頭，身材也顯得十分勻稱。

在訓練可塑性方面，速度的提升幅度非常有限。研究資料顯示，從18歲到24歲左右到達職業(yè)生涯巔峰，世界頂級短跑選手成績的平均提升幅度約為8%。這代表著當前短跑速度的最大訓練潛力。

無數(shù)人前赴后繼地預測過人類的速度極限，沒有任何人能夠找到一種靠譜的方法，大多只是簡單地采用以往的各種比賽數(shù)據(jù)做出預測，玩弄各種沒有實際意義的統(tǒng)計學概念。實際上，歷史的數(shù)據(jù)和遙遠的未來是兩碼事。更為重要的是運動成績是無數(shù)種因素綜合作用的結(jié)果，即使再復雜的數(shù)學模型和方法，也僅是考慮到了其中的一個或幾個變量，和人體的復雜程度相比，這種預測的科學性無限接近于零。細思來，“人類速度極限”這個概念本身就非常模糊，任何希望給它以準確數(shù)值的探索是徒勞無功的。