科学家离解开 MLB 全垒打激增之谜又近了一步

一项新研究表明,缝线高度和击球技术可能是原因所在。
A baseball sits on a pitcher's mound.
贾斯汀·维兰德等投手的坚信,近几年来职业棒球大联盟的棒球发生了一些变化。大卫·李

“职业棒球大联盟正在把这场比赛变成一场笑话。”

这些严厉但并非完全出乎意料的话出自经验丰富的休斯顿太空人队投手贾斯汀·维兰德之口,他是在今年职业棒球大联盟全明星赛间歇期说的。他的话让许多职业棒球大联盟的投手在2019年对他们最重要的武器——棒球——感到沮丧。维兰德以及他的许多同行,在本赛季注意到棒球上存在一个重要区别,其结果是对手击球手以前所未有的方式将球击出本垒打。维兰德(Justin Verlander)在职业棒球大联盟的年 职业棒球大联盟全明星休赛期 表示。

“我不想贬低任何人,但有些本垒打的出界,你只能摇头,”扬基队投手J.A.哈普(J.A. Happ)赛季初说道。“现在,一名球员几乎总是有机会把球打向空中。”

关于这一现象,仍有大量工作要做,但棒球运动员以创纪录的速度打破长打的现象是无可争辩的。尽管2018年本垒打有所下降,但在过去的四年里,本垒打却达到了令人眼花缭乱的新高度。2019年的6,776次本垒打打破了2017年创下的6,105次本垒打的纪录,而 职业棒球大联盟所有得分最高的五支球队 都来自过去两年。

对许多球迷来说,这令人兴奋,因为没有什么比看到强壮的击球手将高位快球击入三层看台更精彩的了。但对许多人来说,却出现了一种本垒打疲劳。尤其是在一个联盟中,最著名的本垒打纪录受到一些传统球迷的嘲笑,因为巴里·邦兹(Barry Bonds)、马克·麦奎尔(Mark McGuire)和萨米·索萨(Sammy Sosa)等击球手都与类固醇使用有关,这些数字令人侧目。鉴于职业棒球大联盟在2018年收购了其棒球供应商Rawlings,关于该联盟故意“加强”棒球的说法甚嚣尘上。维兰德在夏天曾清楚地表示过。

“他们拥有这家该死公司,” 他告诉ESPN。“如果任何一家价值400亿美元的公司收购了一家价值4亿美元的公司,并且产品发生了巨大变化,那么这并不难猜测发生了什么。我们都知道发生了什么。(联盟主席)罗布·曼弗雷德(Rob Manfred)第一次上任时,他说什么?他说我们想要更多的进攻。突然之间他上任了,棒球就加强了?这并非巧合。我们不是傻瓜。”

如果维兰德在职业棒球大联盟委员会本月早些时候发布的关于本垒打率的研究报告中 寻找证据,那么他没有找到。根据报告,“没有发现证据表明棒球表现的变化是由于Rawlings或职业棒球大联盟的任何有意行为所致,很可能是由于制造上的差异。”但即使仍有许多悬而未决的问题,该报告也确实发现了具有低阻力系数(因此飞得更远)的棒球与具有高阻力系数的棒球之间存在关键差异。

“(实验)的整个重点在于找出阻力取决于什么,”委员会主席、伊利诺伊大学物理学名誉教授艾伦·内森(Alan Nathan)说。“因此,我们发现的主要一点是,它确实取决于缝线高度。它还取决于其他尚未知晓的因素,但确实取决于缝线高度。”

除了内森之外,委员会还包括统计学家吉姆·阿尔伯特(Jim Albert)、机械工程师兼数学家佩科·霍索伊(Peko Hosoi)以及机械工程师劳埃德·史密斯(Lloyd Smith)。该团队在 华盛顿州立大学体育科学实验室 研究了2013年至2019年赛季的近800个未使用的职业棒球大联盟棒球,测量了阻力系数和缝线高度。他们的数据显示,自2015年全明星休赛期以来,职业棒球大联盟棒球的平均缝线高度(即缝线从球体表面突出的距离)大约减少了0.005英寸,而在此期间,棒球的平均阻力系数减少了约7%。

亚利桑那大学工程学名誉教授泰瑞·巴希尔(Terry Bahill)并未参与这项研究,但他通过电子邮件对研究结果表示赞同。他引用了他著作《棒球科学》(The Science of Baseball)中的一部分,该书阐明了缝线高度存在差异的原因。

“职业棒球大联盟低缝线并非出于设计或规则,”巴希尔写道。“它们仅仅是自1990年以来生产所有职业棒球大联盟棒球的哥斯达黎加一家工厂手工缝制工艺的产物。职业棒球大联盟没有公布缝线高度的规定。他们对棒球的规定非常宽松。因此,几乎任何缝线高度都符合要求。”

但即使缝线在棒球的制造过程中只是一个随机的附加品,它们对棒球如何从击球手的球棒上飞出也产生了巨大影响。棒球上的缝线会影响空气的“边界层”,即当其他气流绕过球体时,附着在球体表面的薄层空气。

当边界层从棒球后部分离时,会留下一个低压尾流,与球体前部的较高压力结合,产生减缓球速的力。正如内森解释的那样,这种力的大小取决于边界层从球体分离的位置——而这又受到缝线高度的影响。

“分离点越靠近球体前部,这个力就越大,因为尾流的面积就越大。而这又关键地取决于缝线的位置和高度,”他说。

毫无疑问,缝线较高的球——这会迫使边界层更靠近球体分离——会导致更少的本垒打,因为美国大学体育协会(NCAA)从高缝线球改为低缝线球就证明了这一点。在2015年 之前,NCAA使用的棒球缝线高度为0.048英寸,但从那个赛季开始,他们使用了一个缝线高度仅为0.031英寸的棒球。由于NCAA公开了棒球的变化,我们可以轻松地可视化它对 本垒打频率 的巨大影响。

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在NCAA从高缝线球改为低缝线球后,本垒打数量有所增加。劳伦·泰森(Lauren Theisen)

职业棒球大联盟最近的研究不同之处在于,在这种情况下,缝线高度并没有急剧缩小。但由于精确的测量,研究人员能够观察到,即使缝线高度减少千分之一英寸也会发生阻力变化。

“到目前为止,还没有人能够看到,在观察平缝球时,当缝线高度小得多时,看到阻力随缝线高度的变化,”内森说。“它是棒球阻力的一个促成因素——但不是唯一的因素。”

阻力变化并非本垒打数量上升的唯一原因。如报告所述,发球角度的变化也导致了这一增长——具体来说,击球手以比以前 更高的发球角度 击球,因为他们已经了解到更高的发球角度更有可能产生安打。随着球队逐渐对 本垒打相对于其他安打的巨大价值 有了更好的认识,球员们在击球时采取了一种新的“孤注一掷”的方法,这也可以 解释近期三振率的上升

但当球员们比以往任何时候都击出更多的平飞球,而这些球的阻力又比以前小的时候,结果就是所有那些曾经飞到警告区(warning track)的球现在都飞进了看台。正如迈克尔·鲍曼(Michael Baumann)在The Ringer上 所写,职业棒球大联盟本垒打与平飞球的比例反映了这些因素的结合。根据FanGraphs的数据,鲍曼指出,自2002年以来,联盟前五高的HR/FB率(即投手每允许一个平飞球,就会被打出本垒打的比例)都出现在过去五个赛季。“今年的HR/FB率为15.3%,比2017年创下的前高13.7%提高了10%以上,比2014年9.5的联盟HR/FB率高出60%以上。”

但即使我们亲眼目睹了本垒打革命的发生,问题仍然存在:为什么这些棒球会发生变化?一个 广为流传的理论,由体育数据科学家梅雷迪斯·威尔斯(Meredith Wills)提出,推测为了满足更高的棒球需求,Rawlings开始使用加热干燥棒球,而不是仅仅让它们自然风干。这可以防止鞋带拉伸,导致缝线高度降低。

然而,Rawlings否认他们改变了工艺。即使他们改变了,除了缝线高度之外,还有其他未知因素在起作用。考虑到2018年本垒打数量的下降——尽管前一年缝线高度有所下降——以及委员会的分析显示,2019年季后赛的棒球阻力系数高于常规赛,尽管缝线高度没有明显变化,但很明显,缝线只是本垒打问题的一部分。

“我们从这次研究中了解了很多关于棒球空气动力学特性的知识,而且我们仍然有很多不知道的地方,”内森说。“这确实是一个持续的过程,希望在不久的将来,这些秘密能够被解开。”

 

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