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你可能喜欢人类100米能跑进9秒吗？ | 科学人 | 果壳网 科技有意思
人类100米能跑进9秒吗？
人最快能跑多快？短跑世界纪录有谁保持，具体是多少秒？地球上跑得最快的动物是什么？
本文作者:小老鼠汪
牙买加短跑名将博尔特在 2009 年柏林世界锦标赛上跑出了百米 9.58 秒的成绩。（图片：capital.bg）
（文／Ed Yong）在 2008 年的北京奥运会上，牙买加短跑名将博尔特（Usain Bolt）用短短 9.69 秒跑完了 100 米，创下了新的世界纪录。一年后，在 2009 年的柏林世界锦标赛上，博尔特又以惊人的 9.58 秒刷新了自己的记录。随着 2012 年的奥运会在伦敦开幕，体育界盼望着博尔特能战胜他新近的腿筋问题，朝着短跑纪录发起又一次总攻。博尔特可以说是历史上跑得最快的人，不过，
人类最快又能快到哪里去呢？
不料想，这个问题还相当不好回答，遍翻纪录文献也没什么用。英国伦敦的皇家兽医学院（Royal Veterinary College）从事动物移动研究的约翰o哈钦森（John Hutchinson）说， “人们把统计数据翻来覆去看了又看，做了很多很多的预测。我不认为做力学研究的人会认为这些东西靠谱。”
问题是，人类短跑记录的发展历程一会儿像乌龟一样慢慢往前挪，一会儿又突然来个兔子一样的，呃，百米冲刺。人类是越跑越快了，但却以不可预知的方式在向前发展。从 1991 年到 2007 年，8 名运动员加起来把纪录往前推进了 0.16 秒。同样的事情，博尔特只用了短短一年便做到了。在 2008 年奥运会之前，数学家雷扎o瑙布雷（Reza Noubary）曾计算说 “100 米短跑的最快时间是 9.44 秒。” 在博尔特北京跑完之后，瑙布雷又告诉《连线》杂志说，预测时间 “可能还要缩短一点点”。
另一位数学家、来自剑桥大学的约翰o巴罗（John Barrow）已经算出了博尔特可以用来提高他成绩的 3 种方式：1）加快起跑速度；2）乘着更强的顺风跑；3）在高海拔地区空气稀薄的地方跑，这样受的空气阻力会减小。这些技巧可能会有用，但都有些不尽人意。我们真正想知道的，是弯曲关节和拉伸肌肉能否让一个短跑运动员在 9 秒之内冲过终点线，而不是仰仗适宜的外部条件。
要回答这个问题，先得要看看短跑运动员疾跑时腿部的受力情况。而这，无异于迎着无知高墙一头撞上去。 “要搞清楚短跑的力学比弄清楚强大的力量或持久的耐力从何而来还要难，” 南方卫理公会大学的彼得o韦扬德（Peter Weyand）说，他从事有关跑步的科学研究已经有几十年的时间了。与此相对，韦扬德说，我们可以调整一个自行车骑手的体重、姿势以及空气动力学外形，来预测这些改变会对他们环法自行车赛的表现有什么影响。 “我们知道精确到 1％、甚至更小的你会有什么性能起伏，” 他说。 “而短跑，就是一个黑洞。你没有种种这些的预测关系。”
我们的无知情有可原。就其性质而言，冲刺是很快的，科学家只能在有限的一段时间内进行测量。最重要的是，控制短跑速度的那些因素完全是反直觉的。
唯一的动力来源
猎豹柔韧的脊椎最大化地延长了脚着地的时间。（图片：enteresan.com）
韦扬德将运动员跑步时的周期性腿部运动分为悬空和触地两个部分。让人意想不到的是，悬空时的部分其实无关紧要。早在 2000 年韦扬德便证明，全速奔跑时，每位选手大约要花 1/3 秒的时间把脚提起来又放下。 “不管是博尔特还是你外婆都是一样的，” 韦扬德说。 “外婆没办法跑得像博尔特那样快，但在她的最高速度上，外婆也用同样的速度重新定位她的脚。”
在空中的那 1/3 秒，也即摆动时间（swing time），很可能已接近生理极限。韦扬德认为，已经很难在这上面有所提高。不过也有一个例外值得注意：南非运动员奥斯卡o皮斯托留斯（Oscar Pistorius），他双腿截肢，用两条人造碳纤维腿奔跑，每条碳纤维腿的重量是普通血肉之腿的一半还不到。在奔跑速度相同的情况下，轻装上阵的皮斯托留斯，能比腿部健全的选手节约大约 20% 的摆动时间。
然而，对大多数选手而言，跑步的速度在很大程度上还是取决于他们的脚可以对地面施加多大的力。想提速，有两个简单的选择：1）用更大的力蹬地；2）蹬地的力量不变，但延长作用时间。
选项 2）部分解释了灰狗和猎豹为什么能跑这么快。它们柔韧的脊椎最大化地延长了四脚着地的时间。前掌着地时，它们的脊椎弯曲并塌陷，后掌着地前就能在空中停留更久。然后，脊椎再次伸长，加长了前掌悬空的时间，也使得后掌触地的时间更久。
这样的招数我们两条腿的人类是学不来的，但技术却提供了另一种可能。从 20 世纪 90 年代开始，速度滑冰运动员开始使用一种全新的 “拖拉板式冰鞋”，这种冰鞋的冰刀不是固定在鞋底，只在前端通过铰链与冰鞋相连，后跟部分的冰刀跟冰鞋是分开的。当脚往后滑时，这种新的设计增加了冰刀与冰面接触的时间，也就是在蹬地力度不变的情况下延长了作用时间。自此，短道速滑的世界纪录立马就有了大幅的缩短。
人们曾试图在跑鞋上复现出同样的效果，但收效甚微。这是因为人在跑动中的腿有点像弹簧单高跷。接触地面时人的腿会发生压缩形变，离开地面时会得到一定的弹性反弹。试图改变跑步者步态的技术往往会干扰这种反弹效果，进而削弱腿部的整体表现。韦扬德说， “用类似于拖拉板式冰鞋那样的干预方式，很难不对腿部的其他受力情况造成影响。”（同样，皮斯托留斯是个例外，他的假肢比常人的人腿弹性要好，使他接触地面的时间比其他选手的长 10％ 左右。）
穿有 “拖拉板式冰鞋” 的短道速滑运动员（图片：en. wikipedia.com）
地面的力量
对于没法装假肢的短跑选手来说，还有一个选择：对地面施加更大的力。简而言之，跑得快的人比跑得慢的用更大的力在蹬地，当然这个力是相对于体重而言的。不过，这个蹬地的力是怎么来的，我们却知之甚少，根据运动员的体格或是奔跑动作来预测也完全不靠谱。
我们知道，冠军级别的男性短跑运动员可以以大约 2.5 倍体重的力量踩踏地面（大多数人可以达到 2 倍左右）。当博尔特的脚接触地面时，施加的力大约为 900 磅（400 公斤），这将持续几毫秒的时间，之后他的脚还会继续对地施力大概 90 毫秒。
南非运动员奥斯卡o皮斯托留斯（Oscar Pistorius）。在本届伦敦奥运会上，皮斯托留斯将用两条人造碳纤维腿，跟其他四肢完好的运动员一同在男子 4×400 米接力赛的跑道上共同竞技。（图片：mirror.co.uk）
韦扬德常想，要是一个举重运动员挺举时，也想用踏出的那只脚对地面施加这么大的力——他还差得远呢。 “我们知道在静态环境下计算出的地面受力，只有短跑者实际施力的一半大小，” 他说。 “我们就是没有办法从身体的运动中推算出施加在地面上的力是多少。” 即便将来短跑运动员的肌肉可以通过基因兴奋剂技术得到增强，我们也没有办法计算出肌肉的主人能跑多快。
相关的研究正在进行，以填补这些差距。韦扬德希望能够在未来 5 年或 10 年内做出更好的预测。就在几个月前，来自墨尔本大学的马库斯o潘迪（Marcus Pandy） ，用计算机模拟的短跑运动员证明了，小腿肚上的肌肉比其他的任何地方在决定跑者对地施力的大小上都要重要。全速奔跑时，臀部的肌肉也愈加重要。哈钦森说： “可能的话，如果你要培养一名短跑选手，你不妨训练他们有一双超强劲的小腿肌肉。”
然而，就目前而言，任何有关人类速度上限的预测都是不尽准确的。要想知道本届奥运会上博尔特或是其他短跑选手会不会刷新纪录，办法只有一种——熬夜守着看吧。
Will we ever run the 100 metres in 9 seconds?
《发现杂志》（ Discover Magazine ）网站，日
speedtrainingdrillshq.com
见图片标注
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- - 3秒.....
那会有一天运动员到达人类极限，然后记录再也无法打破么？
的话：- - 3秒.....是三分钟
猎豹加速到时速100公里需要4.3秒，谁来算算它从起跑到完成百米，需要多久？
果壳网副主编
Oscar Pistorius，这哥哥参加奥运会，会引起运动伦理争议的吧？
上次参加100M跑了16.5S的人俺面飘过～
肯定能跑进。。
早在 2000 年韦扬德便证明，全速奔跑时，每位选手大约要花 1/3 秒的时间把脚提起来又放下。 “不管是博尔特还是你外婆都是一样的，” 韦扬德说。 “外婆没办法跑得像博尔特那样快，但在她的最高速度上，外婆也用同样的速度重新定位她的脚。”SONY利用这个，发明了G-Protection防震技术。
的话：那会有一天运动员到达人类极限，然后记录再也无法打破么？我觉得100年后残疾人会有可能一百米的跑8秒...我不是脑残了，而是残疾儿借助器械，一百年后我想合成人工艺应该很发达了，那么反而是残疾人会先受益。
的话：猎豹加速到时速100公里需要4.3秒，谁来算算它从起跑到完成百米，需要多久？3.9s
的话：3.9s太恐怖了，如果是200米或者400，800，甚至是1500米，猎豹都可以保持最高速度来完成，成绩会更惊人。
的话：是三分钟事实证明：除非以博尔特般的速度看完，否则别想看完后杀花
的话：Oscar Pistorius，这哥哥参加奥运会，会引起运动伦理争议的吧？我一直觉得这是不公平的，只是把他放到特奥会，会更不公平，但是，剥夺这个人的比赛的权利又有违奥运精神。还好他的速度不至于影响奖牌，等到更先进的设计让他足以获得奖牌的时候，就会重新考虑了。
会一直在破纪录么？极限是多少？真想看看结果啊
如果能改进到杀出重围那样还能参加奥运会么……
标题党,,,到底能不能突破???没给出结论.气愤中,果壳的文章好多都是这样,难道是只应付领导交差吗?!
随便说一点瞎想的吧奥运会百米比赛时规定死是两条腿来跑的么？有没有奇葩从小骨骼特意，研习猎豹的四足跑法...........
ALIENWARE官方账号
不然试试外星人上身呢？
的话：标题党,,,到底能不能突破???没给出结论.气愤中,果壳的文章好多都是这样,难道是只应付领导交差吗?!不是说了无法预测吗，这应该是一个明确的结论吧。
好吧……无耻推荐一个自己发的0回复贴
的话：太恐怖了，如果是200米或者400，800，甚至是1500米，猎豹都可以保持最高速度来完成，成绩会更惊人。猎豹无法长时间快速奔跑 。。。。体温会急剧上升
这有个疑问，动画里忍者的那种大幅度前倾（估计身体和地面夹角少于45度或更低！）的跑路姿势，比起奥运选手的来说，是不是有参考意义，又或者说奥运的跑步姿势是个游戏规则，不允许身体大幅度倾斜？
先占个位置，等比赛结束了再来回复~
我想知道在允许服用兴奋剂的情况下，人类到底能跑多快
那取决于科技水平,能不能研制出更好的兴奋剂.
的话：这有个疑问，动画里忍者的那种大幅度前倾（估计身体和地面夹角少于45度或更低！）的跑路姿势，比起奥运选手的来说，是不是有参考意义，又或者说奥运的跑步姿势是个游戏规则，不允许身体大幅度倾斜？会摔倒
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甜掉牙啦??
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七品, 积分 2423, 距离下一级还需 2577 积分
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本帖最后由 98511 于
21:43 编辑
有什么好的方案& &国庆后肯定执行&&最好有成功案列&&谢谢
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七品, 积分 2643, 距离下一级还需 2357 积分
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如果不是专业的，这个速度可以啊，至于体重，见仁见智
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九品, 积分 490, 距离下一级还需 10 积分
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五品, 积分 13784, 距离下一级还需 36216 积分
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跑步前先去趟厕所，出来立马减重半斤。
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七品, 积分 3809, 距离下一级还需 1191 积分
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跑这么快，真的假的
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七品, 积分 2423, 距离下一级还需 2577 积分
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拉菲尔 发表于
跑这么快，真的假的
这速度还快吗
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七品, 积分 2423, 距离下一级还需 2577 积分
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雄关漫道 发表于
如果不是专业的，这个速度可以啊，至于体重，见仁见智
业余爱好&&反正体重虽然那么多&&但看不出&&
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七品, 积分 3809, 距离下一级还需 1191 积分
UID562103积分3809经验2929 点金币8804 枚注册时间最后登录
<font color="#511 发表于
这速度还快吗
对我来说，是不可能完成的任务
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七品, 积分 2423, 距离下一级还需 2577 积分
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拉菲尔 发表于
对我来说，是不可能完成的任务
100米我还可以& & 主要靠爆发力 冲刺能力& & 200米就不行
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九品, 积分 229, 距离下一级还需 271 积分
UID833407积分229经验129 点金币1002 枚注册时间最后登录
9.99秒是亚洲记录？
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七品, 积分 2423, 距离下一级还需 2577 积分
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很多鱼 发表于
9.99秒是亚洲记录？
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白身, 积分 19, 距离下一级还需 81 积分
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不能吧，难得
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八品, 积分 534, 距离下一级还需 466 积分
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