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举个栗子:人类的极限速度是多快?

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举个栗子:人类的极限速度是多快?

地球上速度最快的人是博尔特。他在100米跑中创造了世界纪录9.58s。由此引来了一个老生常谈话题:人类速度极限在哪里?

人体生理的极限制约着100m成绩的提高幅度。因为,如果运动员要超越博尔特的世界纪录,就会使他们体内酶的含量比普通人高出3倍,这已经达到了人体的极限。同时,运动员股骨头所承受的压力要达到体重的6倍,这也达到了极限。还有,血液中乳酸含量对于运动成绩的提高也有限制,因为一个运动员血液内的乳酸不能超过170mg。总之,人类的生理极限是运动极限有限论的理论基础。

近年来,牙买加运动员在田径赛场上屡屡打破100m跑世界纪录,引起了科学家们的研究兴趣。牙买加理工大学教授莫里森等人与牙买加西印度大学和英国格拉斯哥大学的科学家联合对超过200名牙买加运动员进行研究,发现其中有70%的人的体内拥有一种名为“Actinen A”的物质,这种物质可以改进与瞬间速度有关的肌肉纤维,而这些肌肉纤维可以使运动员跑得更快。相比之下,澳大利亚田径选手中只有30%的人体内含有Actinen A。

Actinen A来源于速度的助推剂——ACTN3(α辅肌动蛋白3)基因。目前,世界各体育强国都在瞄准ACTN3基因。有的研究还提示,ACTN3基因只是优秀运动员的基因之一,还有许多基因与运动天分有关,如另一种称为血管紧张素转换酶(AcE)的基因,它产生的AcE可以影响人体肌肉的氧利用率以及肌肉的生长速度,从而改变运动成绩。

正是借助于特殊的运动基因,牙买加运动员在田径赛场上一次次书写奇迹,由此也将人类运动极限一次次改写。但是,应当看到,在如今优秀田径选手中,牙买加人占其中很大一部分,其先天优势也被平均享有,现在的世界纪录也是在特殊的运动基因下实现的,因此这种基因在未来突破人的运动极限方面的作用是局限的。

人类100m跑速度还取决于身体结构以及骨骼和肌肉能耐受多大的压力。这种压力不仅来自外面,而且来自内部。外部的压力诸如举重对身体的压力和跳高需要脱离地心引力的压力。而内部压力也分两个方面,一是承受身体的自重,二是承受肌肉收缩发力对自身骨骼和肌肉造成的压力。其中肌肉是附着在骨骼上的组织,它们也决定着人类运动的极限。

运动员向前跑的动力大部分是由股四头肌收缩提供的,股四头肌又与膝盖连接。跑步时,肌肉、关节和骨头都需要承受这种由肌肉收缩发出的强大压力。

在人体结构中,骨骼和关节的缓冲力也制约着人类运动的速度。在人体中有缓减压力的3根“弹簧”:第1根“弹簧”在脊柱上,是脊椎骨之间的“海绵软垫”——椎间盘;第2根“弹簧”是腿部的肌肉以及连接肌肉和骨骼的肌腱;第3根“弹簧”是足弓,它是脚底的拱形结构。这3根“弹簧”也制约了人类运动的极限,同样,人类只能在此基础上作为,而不能超越这个限制。

美国斯坦福大学研究人员指出,速度依赖于人体强健的肌肉和修长的四肢,由于人体具有一定的重量,所以每提高一秒钟速度,都会增加一定的能量消耗。速度与能量消耗的比值是有限的,这一极限可能是百米9.48秒。

与体育运动专家、9秒7、9秒6、9秒5这样看似“保守”的预测不同,数学、物理、生理学专家对百米极限有更激进的观点。旅居德国的荷兰数学家阿尹马鲁教授通过复杂的计算推断人类百米极限为9秒29,这是理论上的最快速度,纯理想状态下的产物。考虑到人身体对抗空气的阻力、肌肉负荷能力、蹬地获得推动力所消耗的力等因素,有“数学派专家”认为9秒64是更合理的速度。然而,博尔特9.58秒的记录,无疑让数学派们显得过于保守了。

(答案整理自蝌蚪五线谱)


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