飛一般的速度從哪里來

2014年8月，第二屆夏季青年奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)（簡稱青奧會(huì)）將在南京舉辦。來自全球的最有天賦的青年運(yùn)動(dòng)員，將在競賽場上一決高下。

人們期待著青奧會(huì)的到來，同時(shí)不禁回想起2012年在倫敦舉辦的第30屆夏季奧運(yùn)會(huì)的盛況。在那一屆奧運(yùn)會(huì)中，有百米9秒63的超人速度（牙買加選手博爾特），也有舉起相當(dāng)于自身體重2倍多重物的驚人力量（中國選手呂小軍）。這些競賽場上的“超人”，身體里到底蘊(yùn)藏著什么不為人知的秘密呢？人類的運(yùn)動(dòng)極限究竟能到何種程度呢？本刊特開青奧會(huì)專題欄目，讓我們通過最新的運(yùn)動(dòng)科學(xué)，逐個(gè)揭開這些“超人”的秘密吧！

青奧會(huì)小知識(shí)

青奧會(huì)是一項(xiàng)專為年輕人設(shè)立的體育賽事，融合了體育、教育和文化等領(lǐng)域的內(nèi)容，并將為推進(jìn)這些領(lǐng)域與奧運(yùn)會(huì)的共同發(fā)展而起到一種催化劑的作用。

青奧會(huì)與奧運(yùn)會(huì)相同，也是每4年舉辦一屆，分為冬季青奧會(huì)和夏季青奧會(huì)。2010年8月，新加坡舉辦首屆夏季青年奧運(yùn)會(huì)。2014年的夏季青奧會(huì)舉辦權(quán)花落南京。

縮短1秒竟然花了100年

男子百米短跑，短短10秒之內(nèi)，電光火石，高下立見。在眾多的競技項(xiàng)目中，它是最直接測試人類身體“性能”的一個(gè)項(xiàng)目。

根據(jù)國際田聯(lián)的資料，在1914年首批公布的各項(xiàng)田徑世界紀(jì)錄中，男子100米最好的成績?yōu)?0秒6，這是美國運(yùn)動(dòng)員利平科特在1912年瑞典舉行的第5屆奧運(yùn)會(huì)100米預(yù)賽中創(chuàng)造的。當(dāng)然，紀(jì)錄就是用來不斷打破的。2009年牙買加的博爾特創(chuàng)造出了百米9秒58的驚人紀(jì)錄，這個(gè)紀(jì)錄到目前還未被打破（截止到發(fā)稿時(shí)間）。100年的時(shí)間，人類在百米賽跑上只縮短了大約1秒鐘。

如果簡單地算一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)百米賽更新世界紀(jì)錄的步伐是每10年約0.1秒。但是在歷史長河中，卻涌現(xiàn)出了很多的著名選手。比如美國的杰西·歐文斯，他創(chuàng)造的10秒2的百米成績，在20年間沒人能夠超越。

近年來有種看法認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)員的身體結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常接近競技項(xiàng)目適合和需要的狀態(tài)。另外，跑步的技術(shù)、輔助道具和設(shè)備等也都在不停地更新進(jìn)步。那么，以后百米賽的紀(jì)錄還會(huì)繼續(xù)打破嗎？世界紀(jì)錄到底能達(dá)到什么樣的程度呢？

極限速度在哪里？

1978年，使用以0.01秒作為單位的電子計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間開始得到認(rèn)可。另外，具有推斥力特性的塑膠跑道，在1968年墨西哥奧運(yùn)會(huì)上開始投入使用。同時(shí)，也開發(fā)出了跟塑膠跑道相適應(yīng)的釘子鞋。這些改進(jìn)，對(duì)百米賽成績的提高起到了多少作用，沒人知道。不過，很明顯的是，百米賽的世界紀(jì)錄一直在改變著。

實(shí)際上，研究運(yùn)動(dòng)科學(xué)的科學(xué)家們一致認(rèn)為：科學(xué)地預(yù)測世界紀(jì)錄的極限是非常困難的。其中一個(gè)理由是，世界紀(jì)錄不是能夠?qū)で笠话惴▌t的科學(xué)對(duì)象。那么，如今的世界紀(jì)錄到底能夠達(dá)到多少呢？它的極限又在哪里？

博爾特曾信心十足地公開說他可以突破9秒4的大關(guān)，很多專家也發(fā)表了肯定的看法。不過，誰也說不清9秒4是否能被突破，以及什么時(shí)候能被突破。

“起跑”的科學(xué)

2011年，在韓國大邱舉辦的世界田徑錦標(biāo)賽中，有這么一幕令人難忘：在100米短跑決賽中，發(fā)令槍響起，運(yùn)動(dòng)員們向終點(diǎn)飛奔而去，百米飛人博爾特卻仰望天空脫掉運(yùn)動(dòng)衣……因?yàn)樵谶@場比賽中，博爾特被判定為搶跑而喪失比賽資格。

根據(jù)國際田聯(lián)的規(guī)則，運(yùn)動(dòng)員在發(fā)令槍響前做出起跑反應(yīng)，或者是發(fā)令槍響后起跑反應(yīng)時(shí)間小于0.1秒，就是搶跑。說起為什么定為“0.1秒”的緣由，那是因?yàn)閺母兄曇舻亩窠?jīng)開始，經(jīng)由腦部然后往肌肉傳送信號(hào)要花100毫秒（即0.1秒）的科學(xué)考慮。但是，國際田聯(lián)主導(dǎo)的一份研究報(bào)告卻指出，起跑的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該可以縮小到80～85毫秒。

起跑的反應(yīng)時(shí)間究竟是如何算出來的呢？

從聽到發(fā)令槍開始起跑，信號(hào)的粗略傳送路徑是按照以下次序的——

1耳朵（聽覺神經(jīng)）→2腦干→3大腦的聽覺區(qū)→4大腦的運(yùn)動(dòng)區(qū)→5脊椎→6肌肉。

從1耳朵到2腦干、從5脊椎到6肌肉所花費(fèi)的時(shí)間，經(jīng)過測試，基本上是能確定下來的。但是從2腦干到5脊椎，這個(gè)過程中大腦是如何工作的，人們至今還不清楚，因此這個(gè)過程也被稱為“黑匣子”。在人腦內(nèi)依次傳遞信號(hào)的過程，其中還包括時(shí)間損耗，這個(gè)時(shí)間大約為10毫秒。也就是說，如果大腦內(nèi)信號(hào)可以沒有任何時(shí)間損耗地傳送，到達(dá)5脊椎的時(shí)間是可以縮短10毫秒的。除此之外，如果使用腰上的肌肉來發(fā)力起跑的話，又可以再縮短10毫秒。那么，在下圖中我們可以看到，在有時(shí)間損耗狀態(tài)下的起跑反應(yīng)為100毫秒，而在無時(shí)間損耗狀態(tài)下的起跑反應(yīng)為80毫秒。

現(xiàn)在，科學(xué)家嘗試用一些方法來解開大腦的運(yùn)動(dòng)區(qū)的傳送過程，其中有用磁氣刺激的方法。另外，我們還可以了解到，目前想通過訓(xùn)練使大腦內(nèi)的傳送更快捷的可能性還比較低。

那么，究竟怎樣才能判斷搶跑呢？

比賽開始時(shí)預(yù)備起跑的區(qū)域安裝著壓力傳感器。傳感器只要檢出在0.1秒內(nèi)有一定數(shù)值以上的壓力，就判定為搶跑。不過，也有專家認(rèn)為，根據(jù)腳尖動(dòng)作做檢定的方法并不一定準(zhǔn)確。因此，已經(jīng)有一些專家建議用新的判定方法，比如用高速照相機(jī)進(jìn)行全身攝影。