

据斯坦福大学生物学家马克·丹尼(Mark Denny)表示,人类在100米比赛中的最快速度极限是9.48秒,比尤塞恩·博尔特(Usain Bolt)目前的100米世界纪录快0.10秒。当然,这是指普通人类。
在2008年发表于《实验生物学期刊》(Journal of Experimental Biology)的一项研究中,丹尼利用自20世纪初以来的男子100米比赛成绩,对人类最快奔跑速度进行了建模。丹尼将每年最好的比赛成绩绘制成图表,并利用计算机程序得出一个方程,该方程的曲线最能模拟他获得的实际图表。该曲线显示,人类可达到的100米比赛时间将趋于9.48秒。丹尼说:“他们还没有达到平台期,但你绝对可以看到数据正稍微向那个平台期倾斜。”
自20世纪50年代以来,肯塔基德比的进步幅度很小。丹尼在同一项研究中还对赛马和格力犬的最佳比赛时间进行了建模,发现这些比赛的速度也存在极限,自20世纪50年代以来,肯塔基德比的进步幅度很小,而犬类的表现则在20世纪70年代趋于平缓。
他说:“如果你看看其他物种——那些我们试图将其培育得跑得越来越快的物种——这并不奏效。我们没有理由认为人类与其他物种不同,认为这些事物没有极限。”
统计模型无法解释奔跑的力学原理。因此,南卫理公会大学(Southern Methodist University)生物力学教授彼得·韦恩德(Peter Weyand)对这个问题采取了不同的方法。
韦恩德是人类运动学领域的权威专家,他表示影响速度的首要因素是短跑运动员用脚触地的力量有多大。
韦恩德说,当运动员以恒定速度奔跑时,他们像弹簧一样使用四肢。短跑运动员一旦触地,他们的四肢就会收缩,为反弹做好准备。当他们腾空时,脚会再次准备触地。
当跑步者触地时,90%的力量垂直向下,将他们再次向上推,而只有5%的力量推动他们向前。韦恩德说,在这方面,短跑运动员非常像一个超级球。“他们做的就是不断弹跳,”他说。
我们的身体通过改变触地力量来自然地调整奔跑速度。触地力量越大,速度越快。
那么,人类在跑步时能用多大的力量触地呢?
在2010年发表于《应用生理学期刊》(Journal of Applied Physiology)的一项研究中,韦恩德和另外四名科学家让跑步者在跑步机上以恒定速度进行不同步态的奔跑——向前跑、向后跑和跳跃。他们的研究发现,当我们跳跃时,我们的四肢触地力量比跑步时大30%,这主要是因为脚在空中停留的时间更长。基于这些信息,韦恩德和他的团队计算出,理论上,人类的奔跑速度可以达到每秒19.3米——也就是说,如果他们以生理上可能的最大力量触地。如果一名短跑运动员在100米比赛中全程以这个速度奔跑,他将在5.18秒内完成比赛。
最大限度地提高奔跑速度需要平衡触地力量和步频。但故事并未就此结束。在一项将于今年发表的新研究中,韦恩德和他的团队发现,最大限度地提高奔跑速度需要平衡触地力量和步频。以最大力量触地需要短跑运动员在空中停留更长时间,这会降低他们每秒可以完成的步数。韦恩德表示,步频和触地力量的最佳组合因人而异,取决于他们的体型、腿长和奔跑速度。没有所谓的“黄金比例”。
那么,在这种新模型下,人类最快的奔跑速度是多少?韦恩德不愿给出确切的数字。“科学并不擅长做出极端的预测,”他说。
尽管如此,他说他不会排除男子100米比赛在9秒以内的可能性。“9秒低段肯定有可能,也许更快,”他说。
这个速度仍然不足以让我们跑赢成年猎豹,它是速度最快的陆地哺乳动物,在不到6秒的时间内就能跑完100米。
科学技术正在改变人类奔跑速度的极限。现在的运动员可以通过激素剂量来改变肌肉的力学特性,科学家们也成功地通过调整小鼠的DNA来改变它们的肌纤维。
韦恩德说:“我们正走向体育界的‘美丽新世界’,有许多不同类型的表现增强途径可供选择。现在,区分什么是自然的,什么是不自然的,正变得越来越模糊。对我来说,(要回答)一个人能达到的最终速度是多少,我们现在必须列出一份包含10个不同条件的清单:我们是在谈论不使用基因兴奋剂、不使用特殊技术、不使用药物……但随着我们不断深入,甚至有跟踪鞋的设计改变速度的潜力。这开始变成一个极其复杂的问题。”
此故事由西北大学梅迪尔新闻学院合作制作。如需更多FYI信息,请点击此处。