如果說1968年是個分水嶺,美國短跑選手吉姆·海因斯在墨西哥城奧運會以9.95秒創造100米短跑的新世界紀錄—人類首次跑進10秒大關。在20世紀剩余的32年里,這一紀錄僅僅提升了0.16秒;但在最近5年里,世界紀錄不斷被刷新,比上世紀的所有進展都快。
2008年北京奧運前,美國布魯斯堡大學的數學家紐巴里(Reza Noubary)曾計算“人類的(百米跑)極限是9.44秒”;日本數據評估與分析中心的Tatsuo Tabata根據統計數據做出的模型顯示,2030年之前,人類都不可能跑進9.70秒。
然而,北京奧運會上,牙買加“閃電”博爾特用驚艷全場的9.69秒創造了賽會新紀錄,并在次年的柏林世錦賽上把人類極限推至9.58秒。
若要打破預測,劍橋大學的數學家巴羅(John Barrow)出了些歪點子:順風跑,或在空氣稀薄的高海拔地區跑(都能減少空氣阻力)。
拋開客觀因素,科技還能幫助選手快多少?
我們得弄清楚短跑中雙腿的物理機制。美國南衛理公會大學的學者韋安德(Peter Weyand)通過高速攝影機分析出,每個跑步者在達到最高速時,從抬腳到落地約耗時1/3秒。更有趣的是,無論是博爾特還是老奶奶,這個數字幾乎沒有出入。“老奶奶雖然跑不過博爾特,但她全速跑時,腳復位的速度幾乎與博爾特一樣。”
滯空的1/3秒,被認為是接近生理極限。韋安德說很少有人能在這一點上改進更多,除了一個例外——南非“刀鋒戰士”皮斯托瑞斯。這個雙腿截肢的選手由于依靠一雙碳纖維假肢跑步,假肢重量遠比正常人輕,因此他能比其他選手擺腿快20%,從而不落下風。
對絕大數選手來說,速度更取決于他們能從地面獲得多大的蹬地力:要么對地面施加的作用力更大;要么延長作用力時間。
第二種辦法正是獵豹獲得高速的原因:通過背骨的異常彎曲來最大化發力時間。獵豹前腿著地時,柔韌的背骨會極度彎曲,讓后腿盡可能長時間騰空;后腿彈跳時重新釋放彎曲的背骨,讓前腿盡量騰空同時后腿在地面產生更大的推力。
這樣的技巧,雙腳動物沒法用。但科技也帶來過革命:1990年代速度滑冰就從克萊普冰刀上獲益匪淺。由于新式冰刀的設計讓選手的冰刀與冰面接觸時間更長,可以更大發力,于是在長野、鹽湖城兩屆冬奧會上一大批新世界紀錄問世。
遺憾的是,短跑選手想在跑鞋上做文章,卻很難有進展。這是由于跑動中的雙腿就像彈跳棒,接觸地面、壓縮肌肉。如果新跑鞋技術介入,那步態就必須改變,但會干擾到腿的反彈,從而影響整體表現。韋安德說,只有皮斯托瑞斯例外。因為他的假肢比正常人的更富彈性,能讓他比其他選手在地面作用的時間長10%。
現在看來,提高成績只有一條路了:產生更大的蹬力。
簡單地說,跑得快的人比跑得慢的人對地面施加更大的作用力。數據顯示,一個冠軍級別的短跑選手,可以產生2.5倍于他體重的蹬地力,而大多數人只能產生2倍的力。當博爾特的腳掌著地時,在幾毫秒時間里可以產生約400公斤的推力。
一般來說,動物的肌肉所能產生的速度與其大小密切相關。比方說,老鼠比大象小得多,因此可以更快地運動其肌肉。對人類來說也是如此。短跑選手一般身材不能太高,這樣才有更多的快肌纖維(fast-twitch fiber)用于短距離加速,而不是長距離跑。
博爾特是個異類。韋安德說,一般來說,那么大的塊頭,起跑都難。
科學家們可以預見的是,隨著基因治療技術的發展,今后會有很多選手會鉆制度的漏洞,提高快肌水平,從而挑戰極限。
但是,從最根本的生理機制層面看,“至今我們對這些力的認識都是基于靜態環境(未能結合多因素),因此還無法解讀從作用力到整體運動中的方方面面。”韋安德說。等到能夠破解短跑密碼的那一天,人類或將挑戰9秒大關。