12年了，博尔特的9秒58仍是极限，剑桥大学教授提出方案：不费吹灰之力打破世界纪录
博尔特退役后的奥运会男子百米飞人赛场，虽有苏炳添里程碑式的成绩，却少了惊世骇俗的极限刷新。距离2009年柏林世锦赛已过去了12年，牙买加飞人创造的9秒58世界纪录岿然不动。
然而，总有学者坚信，这个数字不是终点，他们试图以理论模型来探测人类极限。
为什么说博尔特的世界纪录仍不是极限？为什么跳高比赛普遍采用背跃式？罚点球的最佳策略是什么？穿着斥水性泳衣会带来什么后果？为什么弹跳球看起来不遵守牛顿运动定律？
天体物理学家约翰·D·巴罗编著的《100个体育中的数学问题》揭示了体育运动以及其评分系统的神秘面纱，展示了奥运会背后各种鲜为人知的秘闻。约翰·D·巴罗现任剑桥大学应用数学与理论物理系数学科学研究教授。该书涵盖的主题包括2012年伦敦奥运会千禧数学项目讲座的一部分内容，这些内容来自活动参与者的积极投入和热情提问。其中包括《不费吹灰之力打破世界纪录》《被取消资格的概率是多少》《很刺激的运动项目》《空手道小子的回归》等文章。
《不费吹灰之力打破世界纪录》
飞人博尔特是人类有史以来最好的短跑选手。然而在他十四五岁时，几乎没人能预测到他在完成400米和200米竞赛后，100米还能够跑那么快。教练决定让他在100米项目上跑一个赛季，以提高基本冲刺速度，没人指望他能脱颖而出。而且他们怀疑，作为100米短跑选手，他是否太高了？他们大错特错了。他不是偶尔将世界纪录提高百分之一秒，而是大幅度地刷新了世界纪录。
2008年5月，他先在纽约将鲍威尔的9.74秒的世界纪录提高到9.72秒，随后在当年的北京奥运会上又将该纪录提高到9.69秒(实际上是9.683秒)，2009年的柏林世锦赛上，他又戏剧性地将该纪录提高到9.58秒(实际上是9.578秒)。他在200米项目上的进步更是惊人，在北京他将约翰逊于1996年创造的19.32秒的纪录提高到19.30秒(实际上是19.296秒)，而后又在柏林提高到19.19秒。这些跳跃是如此之大，人们已经开始计算博尔特的最大可能速度了。不幸的是，所有的评论家都错过了两个让博尔特不费吹灰之力就跑得更快的关键因素。“怎么可能呢？”我听到你在问。
100 米短跑纪录是两部分时间的总和：对起跑发令枪的反应时间和后续100 米距离的跑步时间。如果运动员在起跑发令枪响 0.10 秒内对起跑器施加压力，则被判为抢跑。
明显地，在优秀的短跑运动员中博尔特的反应时间最长——在北京奥运会上，他在所有入围决赛的选手中起跑排在倒数第二，在柏林世锦赛上取得 9.58 秒成绩时他的起跑排在倒数第三。这使博尔特在北京的平均速度是 10.50 米/秒，在柏林(他的反应速度更快些)是 10.6 米/秒。这已经比斯坦福大学人类生物学家最近预测的他的最快速度 10.55 米/秒更快了。
在北京奥运会决赛时，博尔特在成绩为9.69秒时的反应时间为0.165秒，其他7位入围决赛选手的反应时间分别是0.133、0.133、0.134、0.142、0.145、0.147和0.169秒。
从这些统计数据可以很清楚地看出博尔特最薄弱的环节是什么——他对起跑发令枪的反应很慢。这与起跑慢还不太一样。一个身材高大的运动员，四肢较长，惰性也大，他需要更多的动作才能从起跑器上起身直立。如果博尔特能将他的反应时间降低到0.13秒——很好但还不是最好，那么他就能将他的9.58秒的短跑纪录提高到9.56秒。如果他的反应时间能降到出色的0.12秒，他就能跑到9.55秒。如果他的反应时间能降到规则允许的0.1秒，他就能取得9.53秒的好成绩。
这是评估博尔特未来发展潜力时错过的第一个关键因素，那么其他因素呢？
短跑选手的成绩在顺风时风速不超过2米/秒的情况下是认可的，许多世界纪录利用了这一点。最值得质疑的短跑和跳跃类世界纪录是1968年在墨西哥奥运会上打破的纪录，那时风速仪记录下的风速似乎经常为2米/秒。但博尔特打破纪录时并没有这样有利的风速。在柏林，他的9.58秒成绩仅仅受益于0.9米/秒的微风，而在北京时则无风，所以他在有利的风速条件下还能获益更多。
多年前我就解决了风力影响百米赛时间的问题。在低海拔地区，2米/秒的顺风状态相对于无风状态，时间缩短 0.11 秒，0.9 米/秒的顺风状态缩短 0.06 秒。因此，借助于最佳允许风速和反应时间，博尔特在柏林世锦赛的纪录可从9.58秒提高到9.48秒，他的北京奥运会决赛的成绩可变为9.51秒。最后，如果在像墨西哥城那样的高海拔地区比赛，他可能跑得更快，毫不费力地再减掉0.07秒。这样的话，他可以将他的100米跑的纪录提高到惊人的9.4秒！
摘自《100个体育中的数学问题》（约翰·D·巴罗编著、上海科技教育出版社出版）
部分图片来源：微博@UsainBolt
编辑：宣晶
博尔特到底能跑多快，感觉他不是地球人！
博尔特为什么这么强?那得从飞人小时候说起。
博尔特生于1986年8月21日,他有一个姐姐。上小学时,博尔特喜欢打板球,是队里的快投手。上高中时,板球教练发现他跑得特别快,于是推荐他练田径。
早在2006年9月,国际田联在其官网的“田径运动员聚焦”栏目中便已经开始关注博尔特。不过,当时博尔特还只参加过200米和400米比赛,谁也看不出他会在不到两年内连破100米和200米世界纪录。博尔特的人生转折出现在2007年。这一年的年初,博尔特向教练米尔斯提出要练100米。米尔斯告诉他,如果他能打破200米的牙买加国家纪录,就可以练100米。当时的牙买加200米纪录是夸里于1971年创造的19.86秒,然而,这一切很快就被改写。在2007年6月举行的牙买加锦标赛上,博尔特跑出19.75秒的成绩,获准开始百米训练。博尔特随后参加了在希腊克里特岛举行的一次运动会。那是博尔特第一次参加100米比赛,结果他跑出10.03秒,一举夺金。
2008年,博尔特势不可挡地统治了短跑赛道。5月3日,在金斯顿举行的牙买加邀请赛100米赛上,博尔特在1.8米/秒顺风的帮助下,取得了9.76秒的成绩。这是有史以来第二快的成绩,仅低于同胞鲍威尔一年前创造的9.74秒的纪录,此时距博尔特开始训练100米还不到1年。
5月31日,博尔特创造了他的第一个世界纪录。在纽约举行的锐步田径大奖赛上,鲍威尔因伤缺阵,而博尔特在顺风1.7米/秒的帮助下,以9.72秒的成绩打破鲍威尔的纪录,加冕世界“第一飞人”。8月的北京奥运会上,鲍威尔和盖伊似乎完全不在状态,而博尔特不但轻松夺得100米冠军,还在无风的情况下以9.69秒的成绩打破了自己保持的世界纪录。随后在200米比赛中,他在0.9米/秒逆风的情况下以19.30秒的成绩,打破了约翰逊在1996年亚特兰大奥运会上创造的19秒32世界纪录。
博尔特身高1.96米,按照传统看法,百米选手不能太高,否则重心高起跑慢,无法取得好成绩。起跑一直是博尔特的大问题。据介绍,博尔特进行了特殊的听枪训练,但这只不过是为了弥补天生的“欠缺”,博尔特很难在起跑环节做到完美,就像不可能要求姚明像体操运动员那样灵活地翻滚。重要的是,博尔特身材高步子也大,凭借良好的身体素质和协调能力,他跨步频率也不慢,这使得他能在短短70米内赶上并且超过前面的所有人。
博尔特身材瘦长,没有沉重的大块肌肉拖累,反而跑得轻盈潇洒。博尔特练的肌肉是流线的小肌肉群,他从来不会像健美运动员那样追求大块肌肉。另外,博尔特也是著名的“神经大条”,美国锐步大奖赛交锋盖伊前,他甚至睡了整整一天。而在北京奥运100米、200米紧张刺激的大赛前,他则手舞足蹈地听着音乐。
博尔特30米之后的速度令人感到恐怖,他会越跑越快如入无人之境。他的那一双大长腿起动起来后,无论是速率还是步幅都有足够的保障。尽管双腿很长,但博尔特四肢和躯干非常协调,一旦达到最快速度,上肢摆臂、腰腹舒展和双腿发力完美结合。就像1996年亚特兰大奥运会百米冠军贝利所言,如果前半程鲍威尔、盖伊不能甩开博尔特,那么他们只能束手待毙。
还有一项研究表明,博尔特之所以具有超强的短跑能力,或许是因为他拥有比常人更对称的膝盖。英国诺森比亚大学研究员约翰·曼宁介绍,他经过18年的调查统计后得出结论——身体对称越好的孩子跑得越快；绝佳的身体对称性是博尔特统治短跑世界的原因之一,尤其是腿部的对称,特别是那对完美对称的膝盖。
北京体育大学田径教研组博士生导师熊西北也说:“博尔特上下肢比例不是绝对的五五平分,但却能在跑动中保持稳定,躯干的左右部分对称再加上摆臂、迈腿等动作的对称,身体很协调,前进过程中不会上下或者左右晃动,但凡有个小晃动都会影响速度。”
“一般来说,在同等的身高体重条件下,膝盖小的运动员髌骨小,膝盖的灵活性较大,基层教练选材的时候会重视,但这不是绝对的,也有可能膝盖面积小,但肌肉力量达不到要求的。”熊西北说。博尔特大腿肌肉群分布明显,膝盖面积却不大,再加上绝佳的身体对称性所体现出来的平衡感,让博尔特成为震撼世界的天才。
