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看完热闹看门道——奥运中的科学(二)

  摘自《奥运中的科技之光》,赵致真著。经赵致真先生授权,科学松鼠会网络发布,转载请注明。

  

  “在体育运动成绩日益逼近人类极限的今天,从某种意义上说,体育的竞争就是高科技的竞争,‘技不如人’,也许首先是‘科技不如人’。”

  

  科技伴奥运同行

  

  在我们这个充满“不确定性”的地球上,4年一度的奥运会大体是可以“确定”的。虽然全世界的国家、民族、宗教之间存在着种种差异、矛盾和纷争,但却都把奥林匹克精神视为普世价值和共同理念,从这个意义上来说,奥运会称得上是全人类的“最大公约数”了。也许只有在高高飘扬的五环旗下同场竞技时,人类才能最直接和深刻体验到,我们属于这个行星上的同一个物种。

  

  古希腊奥运会遗址的石碑上,漫灭的文字诉说着遥远的繁盛与辉煌。来自奥林匹亚的火种,则昭示着现代奥运会是古奥运会的“涅磐”和重生。今天世界上很少有人对奥运会无动于衷,因为它几乎容纳了人类全部的天性和所有的情感。另一方面,现实生活中无法实现的“公正与平等”却被奥运会奉为圭臬,而制定“游戏规则”成了一切社会秩序的基石。“现代奥林匹克之父”顾拜旦当初绝对不曾料及,他的贡献会成为这个世界最珍奇的文明果实、最宏大的国际交流与最壮阔的和平运动。

  

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  1896年雅典奥运会游泳比赛在爱琴海举行

  

  回望早期的奥运会,要说有“恍若隔世”之感的确毫不夸张。我们恰好从体育这个特殊的尺度上,看到一个“世纪”的距离到底有多远。而带来这一“天壤之别”的主因,便是现代科学技术的发展。意味深长的是,现代奥运会创办的初始动机,恰恰是为了摆脱工业社会技术的异化和人的主体地位缺失,呼唤人的自然属性回归。但百年奥运却走过了一条不断与科技结合,直到对科技高度依赖的道路。这究竟是逻辑的困境,还是历史的必然?

  

  1936年柏林奥运会,田坛巨星欧文斯在煤渣跑道上为自己的起跑精心“挖坑”而花去十多分钟时间。我们很难设想如果欧文斯跑在今天全塑胶的“塔当”跑道上会创造什么成绩;当年跳高的横杆上搭一块白毛巾,那是为了让运动员在暮色苍茫中能看清横杆高度,而落地时更没有今天“海绵包”上“软着陆”的潇洒;体操运动的开拓者们没赶上在安装了弹簧和橡胶立柱的地板上腾跳;绿茵场的前辈在泥泞中鏖战时更不会奢望有活动草坪与整体移动的足球场。和昨天的金牌得主相比,今天奥运冠军们的自然体能未必有明显的增强。我们运动成绩的不断突破,很大程度上依靠运动环境和条件的改善,而一个时代科学技术搭建的舞台,最大限度调动和发挥了人体的潜能。

  

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  1936年柏林奥运会欧文斯在起跑穴中起跑

  

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  1900年巴黎奥运会跳高比赛

  

  如果说体育技术有高下优劣之分的话,鉴别标准只能是符不符合科学原理。人虽然贵为“万物之灵”,但人体的一切运动却必须遵循基本的力学规律。随着跨越式、剪式、滚式、俯卧式跳高的演进,身体重心升起同样高度却可以越过更高的横杆,到了福斯贝里发明“背越式”,运动员的重心甚至可以从横杆下钻过去,既往跳高的大部分经验从此一笔勾销。三级跳远中的“跑跳式”将有效水平速度保持到最后一跳,因此取代了“高跳型”技术;长跑运动中身体匀速直线性更好的“梅花鹿”式跑取代了大起大落的“袋鼠式”跑和快慢不均的“驼鸟式”跑;铅球投掷中加长做功距离的背向滑步技术取代垫步技术;体操和跳水动作中对身体转动惯量的精确把握,带来了花样百出的空翻和旋转;跳台滑雪运动中两只滑雪板呈V字形排开能在空气中获得更好的升阻比,因此取代了滑雪板的平行姿势。体育器械的运动更是力学定律最直观的演示,标枪滑翔性的提高带来成绩的不断刷新,但霍恩把手中的“飞行器”投掷到104米开外而威胁到赛场安全时,科学又能“略施小计”将标枪重心前移4厘米而“勒住”投掷的“缰绳”;旋转中的马格努斯力创造了神奇的香蕉球、弧圈球。体育技术的每一项进步,无不伴随着对运动力学更深刻的理解和应用,从而改变着体育竞赛的形态和面貌。

  

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  碳纤维撑竿

  

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  全碳素自行车

  

  人类文明因劳动使用的材料而划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代,奥运百年间体育器械材料的变革同样具有划时代意义。一个经典的例证是撑竿跳高的变迁。当竹竿、金属竿取代坚硬沉重、没有弹性的木竿,撑竿跳高的成绩曾节节攀升。待到轻巧而富有弹性的玻璃纤维、碳纤维竿问世后,由于助跑速度的增加和动能、势能转换效率的大幅度提高,带来了撑竿跳高成绩戏剧性的突破,乌克兰选手布勃卡把人类体育运动的高度上限标定到6.14米;铝合金、钛金属取代钢铁,特别更轻、更强的碳纤维广泛使用后,自行车几乎发生脱胎换骨的变化,赛艇、雪橇、滑雪板等运动器械也为之面目一新。碳纤维制成的网球拍、羽毛球拍不但强度增加重量减轻并且“甜点”扩大;海绵拍的登场对乒乓球运动的意义更不待言。“工欲善其事,必先利其器”,新材料、新工艺给体育运动带来了翻天覆地的变化。

  

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  2000年悉尼奥运会女子400米赛

  

  运动员的“行头装束”更有着鲜明的时代印记。奥运会初创的年代,选手们在赛场上都穿着日常生活的便装,男子宽衣大袖,女子长裙及地。经过百年嬗变,运动服已经成为服装行业中的“独立王国”,2000年悉尼运会上,澳大利亚选手弗里曼穿着被称为“第二层皮肤”的连体运动衣夺得400米跑金牌,她体验到了一种“切入空气”的欣快。号称“鱼雷”的泳坛名将索普身穿仿生技术的“鲨鱼皮”游泳衣在400米自由泳中一路领先,泳装表面微型棘齿产生的细小涡流能有效减少前进中的“压差阻力”。至于篮球明星乔丹脚下的“气垫鞋”,短跑名将约翰逊的“金缕鞋”,琼斯的“水晶鞋”,刘翔的“红色魔鞋”,都为公众津津乐道和耳熟能详。现代体育防护用具则从头到脚,一直“武装到了牙齿”。高科技新型材料和人体工程学、运动力学的结合,共同打造了体育健儿的披挂、战靴和征衣。

  

  对时间和距离的准确计量是体育运动“可比性”的基础。1896年第一届雅典奥运会上使用的手动马表,百米赛的计时误差达0.2至0.5秒,这相当于2米到5米的距离。今天终点线上的摄像仪能通过每秒2000次的缝隙扫描,将计时精度提高到千分之一秒。起跑线上抢跑百分之一秒就会被“捉拿归案”,游泳池终点触摸屏则“一触即发”并精确到毫秒。测量投掷、跳远距离的皮尺、钢卷尺早已送进了历史博物馆,激光测距仪能够瞬时判读出比赛成绩;灵敏的超声风速仪早已取代了机械风速仪;在网球、羽毛球赛场上,雷达测速仪当场显示运动员击球的速度;而明察秋毫的“鹰眼”则能随时回放网球、足球在三维空间的运动轨迹和准确落点。各种新颖别致的光电仪器在赛场上层出迭见,使运动数据的粗放式测量变得日益快捷、精准和可靠。

  

  人类的体育运动本质上是将体内的化学能转变为机械能。随着对有氧运动和无氧运动的深入了解,不同运动的供能机制日益明确清晰,“高原训练”有效增加了运动员最大摄氧量和血液对氧的携带能力。不同种族和个体的肌肉结构中,快速的“白肌”和耐久的“红肌”天生有一定比例,适合不同类型的运动。遗传的追寻、骨龄的辨析、皮纹的解读,选材就是对“运动苗子”的发现和预测。诚然“没有谁脖子上戴着金牌降生,但更多人却生下来就注定得不了金牌”。现代医学已经为各类运动员的科学选材提供了一整套量化的依据。

  

  计算机作为一切高科技的基本工具,对体育运动的影响已经无孔不入。竞赛场上常常“知彼难,知己更难”。1982年,美国队就将中国女排历次比赛的影像资料输入计算机并分析出“战术弱点”,使中国姑娘在遭到“暗算”后一度受挫。而运动员对自己的技术动作往往“当局者迷”,教练员也很难用肉眼辨别清楚,“计算机诊断”却能定量分析出一招一式的缺陷。计算机远程监控可以根据赛场采集的数据在万里之外“运筹帷幄”;新动作的设计往往先在计算机上构思和演算,充分论证可行性和必要条件。至于科学制定训练负荷,查阅世界优秀选手和经典赛事的档案资料,更是计算机的“家常便饭”。美国上个世纪七十年代奥运会上输给苏联后,狠下决心在科罗拉多等地建立三个奥林匹克训练中心,配备最先进的科研、训练设施,调集大批优秀教练员和科学家,每年集训15000名拔尖运动员,成了美国“奥运金牌的摇篮”。这种“大而全”的高科技密集体育训练基地已经被德国、法国、澳大利亚、日本、韩国争相效法。

  

  奥运会之所以成为全人类普天同庆的“盛大节日”,首先要归功于电视的发明。而卫星转播则是早期奥运和现代奥运的分水岭。当一声喝彩从五洲四海同时发出,几十亿人的目光聚焦到一个赛场,奥运会获得了前所未有的关注度。体育馆里最好的“座位”也比不上这么多独特、刁钻的“机位”,全景、特写、回放、慢放、跟踪、叠画、空中、水下、虚拟,千万里外坐在家里沙发上的观众比亲临现场者更能“大饱眼福”。转播权的竞标还使奥运会从“捉襟见肘”摇身变成“财大气粗”。今天奥运会无论竞赛规则的修改,竞赛时间的安排,几乎都以电视的“马首是瞻”,收视率的高低甚至影响一个体育项目在奥运会的生存。不要苛责奥运会对电视的“屈从”和“讨好”,这恰恰是奥运会懂得了应该走出体育界的圈子,成为一种最广泛的人类活动。

  

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  1904年圣路易奥运会拔河比赛

  

  1896年第一届雅典奥运会仅有参赛国14个,运动员241人,其规模和今天一个普通中学的校运会相当。早期奥运会组织工作的粗疏与混乱更令人难以置信。1900年巴黎奥运会究竟设置了多少项目和决出了多少奖牌,至今还是一笔糊涂账。历次奥运会排错赛程、报错成绩、发错奖牌、用错国旗国歌的事屡有发生。今天的奥运会已经日益向超大规模化发展,200多个代表队,1万多名参赛运动员,2万多名媒体记者,5万名服务人员,数十万观众。这种突如其来的“百万人的拥抱”却必须有条不紊、秩序井然地进行。奥运会的竞赛管理和信息发布是世界上规模最浩大、技术最复杂的信息系统工程,数千台电脑终端成为连接每个竞赛点、记分台、显示屏、数据库的神经末梢,互联网系统必须在大容量、高密度的用户访问中“游刃有余”。2000年悉尼奥运会被誉为最“e”化的奥运会,如今每届奥运会都要像移交五环旗一样,把本届的大型信息服务成果移交给下一届组委会。这里没有商业秘密可言,如果失去信息系统总体架构的完整性和延续性,奥运会将无法顺利进行。

  

  不过一百年来,始终有人怀着深深的忧虑和戒惧,试图阻止科技从体育舞台的边缘向中心挺进,并主张拆散体育和科技的联姻,恢复奥运赛场上真正的“原生态”。其实人和动物的最大区别在于“智慧”,也许只有加入了智慧的元素,体育运动才真正打上了“人的烙印”,使体育不只是停留在“原始的肌肉收缩”层面。科学作为人类智慧的结晶,本来是体育的一部分,更聪明的人比“四肢发达头脑简单”的人拥有更多取得胜利的机会。何况当突飞猛进的现代科学在一百年间彻底改变了人类的全部生活,怎么可能将体育划为“科学免进”的“保护区”?至于兴奋剂等奥运史上的弊端和丑闻,不过是人对科技的错误应用,解决的途径也只能靠科技发展;如何让更多的第三世界运动员同样享受现代科技的恩惠,已经成为奥运议事日程的重要课题。谁也无法“开历史的倒车”。对百年奥运的抚今追昔和“忆苦思甜”足以使人相信,没有科技,奥运会成不了今天的气候。离开科技,体育将陷入原始和瘫痪。

  

  战争年代里,人类总会最先将科技成果用于军事,并把战场当作高科技武器的试验场。体育作为“没有硝烟的战争”,无疑也会优先使用最新科技成果,而每届奥运会也真的成了先进技术和尖端装备的展示橱窗。体育竞赛的巨大需求反过来成为科学发展的重要引擎。

  

  在体育运动成绩日益逼近人类极限的今天,从某种意义上说,体育的竞争就是高科技的竞争,“技不如人”,也许首先是“科技不如人”。而科技和体育的“共生关系”,将继续伴随奥运会走向明天。

  

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