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看完热闹看门道——奥运中的科学（二十四）: songshuhui 2008-9-4 14:14; 科学松鼠会发表于2008-01-24 星期四 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。一个引人入胜的实事是，左撇子运动员在对抗性竞技中具有不容置疑优势。格斗的艺术有人将击剑比作格斗的芭蕾，有人将击剑说成体力的象棋。手提三尺剑，身披金属衣，在一条剑道上狭路相逢和短兵相接。击剑运动实在是动与静、刚与柔、智与勇结合的样板。轻捷灵巧的花剑，强悍威猛的重剑，劈刺兼备的佩剑，是奥运会竞赛的三大剑种。传奇英雄佐罗的故事让无数人心醉神往。中国人将剑尊为百刃之君，项庄和公孙大娘显然都是舞剑器的高手。欧洲骑士则把剑作为崇高与神圣的化身，凭着精湛的剑法纵横天下。世上第一本关于剑术的著作在击剑运动摇篮西班牙出版。击剑还曾经是欧洲上流社会解决争端最简便而体面的途径，虚荣的贵族们往往为了可笑的原因拔剑而起，挺身而斗，1588至1608年20年间，仅巴黎一地就有8000绅士在决斗中毙命。后来欧洲各国相继制定法律遏制这种决斗成灾的局面，终于将击剑归化为一种体育运动。现代奥运会创始人顾拜旦就是击剑高手，1896年第一届奥运会上，花剑和佩剑便荣列正式比赛项目。剑是手臂的延伸。但伸得太长会过多增加转动惯量而影响灵活，因此90厘米的剑身应该是恰当的尺寸。锐不可当的直刺、转移刺、交叉刺、击打刺；咄咄逼人的压制刺、滑剑刺、绕剑刺、对抗刺；灵巧多变的甩剑刺、点刺、正手劈、反手劈。击剑技法经过几世纪的积淀可谓千锤百炼、炉火纯青。然而不管剑术套路如何千变万化，其宗旨只有一个，那就是击中对手而自己不被击中。进攻时让剑头在最短的时间沿最短距离作加速度运动，落在对方有效部位；防守时则通过剑身和护手盘的格档改变对方剑头运动路线，或身体躲过来剑运行方向，退出攻击半径之外。剑尖移动轨迹有直线、圆弧、螺旋，剑的长轴不断撞击、离合、交错，随时构成不同的杠杆关系。进攻的快速性和准确性永远是一对矛盾，因此需要高度敏锐的时间感、距离感、空间感和细腻的剑感。刀光剑影中，体力弱小的选手战胜身高力大的选手屡见不鲜。 1776年，法国击剑大师布瓦西埃发明了金属网面罩，成为击剑运动的里程碑。1982年击剑世界锦标赛中，苏联花剑冠军斯米尔洛夫不幸被击穿面罩当场死亡，引起人们对防护面罩安全性能的进一步关注。今天的击剑面罩用直径小于1毫米的高强度轻质钢丝制成，总重量不超过2公斤，网眼小于2.1毫米，能够抗击160公斤压力不变形，确保了头部和面部安全。但运动员从里往外看，如同隔着一层纱窗，毕竟会遮挡光线影响视觉。而在观众的眼里，剑客们则失去了人性化形象，两个脑袋恍如音箱外壳。对手之间互相看不到彼此的眼神更是莫大缺憾。有经验的士兵在练刺杀时都知道，对方的眼睛会提早泄露和预报即将采取的行动，而击剑面罩却锁住了双方心灵的窗户，屏蔽了许多重要信息。最近研制成功的透明塑料面具已经在正式比赛中使用，对手和观众终于都可以看清过去格斗时藏在铁幕后的眼神和表情了。 1924年巴黎奥运会上，匈牙利裁判科瓦克斯和意大利击剑队发生激烈争执。此后引起两场决斗并喋血荒郊。那年头的击剑裁判看来真是一种高危职业。剑尖细、速度快、变化多、幅度小，仅凭一双肉眼如何能明察秋毫？1934年布达佩斯举行的欧洲锦标赛上，重剑比赛首次使用电动计分。1955年罗马世界击剑锦标赛和1956年墨尔本奥运会上，花剑比赛的电子裁判系统正式登场。而佩剑的电动计分直到1985年法国世界杯赛才姗姗来迟。三个剑种裁判系统的电子化前后用了50年，这一改革的实现标志着击剑运动逐步走向成熟和完善。花剑、重剑、佩剑比赛的器械和规则互不相同，电子计分系统的设计也各有差异，但基本原理是一样的。运动员的剑内有三根电线，相当于火线、零线和地线，通过手线、身后电缆、拖线盘，和裁判器之间连接成一个电流回路。花剑的电动剑头是一个圆柱形的弹簧按钮，启动压力为500克，当剑头击中对方有效部位即金属背心后按钮被压缩，从而使原来流通的电路断开,导致指示灯亮起；重剑击中全身任何部位均有效，剑头按钮的压力需达到750克，压缩后使原来断开的电路接通。佩剑的有效攻击区是包括手臂在内的整个上体，因此金属上衣一直覆盖到手臂，无论被剑头刺中和剑身砍中，都会使原来流通的电路断开。而任何一种剑触及剑道时，由于金属地面和剑内地线相接，因此裁判器不会发生反应。1976年蒙特利尔奥运会，前苏联选手奥尼申科在五项全能的重剑比赛中严重作弊，私下将自己的剑进行线路改装，只要用小指按动剑柄上的机关便能随心所欲遥控计分台。这一欺诈手段成为奥运史上最大的丑闻和笑谈。今天的击剑自动计分系统经过了多次改进。不同剑种的电路设计都更加简洁而巧妙。尽管拖线盘能够让电缆随着运动员的进退而伸缩，但拖着一条长长的尾巴毕竟会碍手碍脚，至少来自身后的拖累会让运动员在竞赛中分心。2004年雅典奥运会上，这条尾巴终于被割掉了。每个运动员只用在身后佩戴一个香烟盒大小的发射器，就能将无线信号传输到裁判台。击剑运动从此获得更彻底的解放。电视录像回放系统的应用能够进一步减少裁判看走眼的失误。不过也有人抱怨电动记分器和击中优先权会带来了剑术的退化，使运动员只关心得分点数而不是动作质量，击中别人自己不被击中的理念也变成先击中别人而不怕自己后被击中了。击剑比赛计分台我们这里要谈到另一项个对个、面对面的格斗。如果说击剑用武器手谈，拳击则完全靠拳头说话。这一古老的运动在欧洲和中、北美洲有悠久传统，甚至达到倾城倾国的狂热程度。但第一、二届奥运会都否决了拳击的参赛要求。第三届圣路易奥运会上拳击虽然获得了比赛资格，但完全是清一色的美国人在举行国内赛。1912年斯德哥尔摩奥运会，瑞典又以野蛮残酷为由取消了拳击。随着职业拳击和业余拳击彻底分道扬镳，拳击运动在奥运会日益站稳了脚跟。曾经三次夺得奥运会重量级金牌的古巴选手斯蒂文森拒绝职业拳击百万美元出场费的诱惑，坚持留在奥运会为国争光。不过职业拳坛的许多耀眼明星都曾经是奥运会冠军，除了金钱的魅力让他们赤膊上阵，也有人认为赢得职业赛的金腰带才是拳击手终极价值的实现。拳击运动员讲究另一种三围：拳围、腕围、臂围。据记载，号称魔王的利斯顿拳围达37厘米，真可谓醋钵大的拳头了。但拳头再大也毕竟质量有限，实际上，运动员出拳时蹬地、转腰、送肩、前倾，打击的有效质量包括手臂和整个体重，拳头只是冰山的末端。拳头的动量等于质量和速度的乘积，而速度取决于肌肉的爆发力和自下而上、大关节带动小关节的鞭打效应。无论直拳、刺拳、摆拳、勾拳，都是一个复杂的运动链，应在达到速度最大值时击中对手，并在最短时间内将动量传递出去。这也是打在坚硬的头部比打在具有缓冲作用的身上更有杀伤力的原因。优秀选手挥拳速度可达每秒40米，拳峰接触对手身体时间不超过100毫秒。而变幻多端的滑步、侧步、环绕步、冲刺步，则为进攻防守提供最佳的角度和距离。 2004年雅典奥运会拳击赛 1988年汉城奥运会拳击比赛中，保加利亚选手赫利斯多夫战胜韩国选手边丁一，结果引发了国际拳击史上绝无仅有的教练、官员群殴裁判事件。虽然肇事者受到了处分，但拳击裁判中的诸多弊端也确实到了非改不可的程度。从这场风波的第二年起，正式拳击比赛中开始使用电子计分系统。5名评判员改变了各自台下计分，赛后交卷汇总的暗箱操作，每人手持一个按钮键盘，和场上计分屏连接。当一位选手得分时，必须有至少3个评判员在一秒钟内同时按下键钮，成绩才会有效，并在屏幕上当众显示。电子计分的发明不仅大大增加了评判的客观性、公正性和可靠性，同时也使裁判的专业水准和道德水准置于大庭广众的监督之下。今天的电子计分系统经过不断改进，已经具有显示运动员、教练员信息和比赛场次、进展等诸多功能。拳击自动计分系统一个引人入胜的实事是，左撇子运动员在对抗性竞技中具有不容置疑优势。1979至1993年间打进击剑世锦赛四分之一决赛的半数男选手和三分之一女选手是左撇子。意大利元勋曼贾罗蒂，法国名将克罗维奇，中华巾帼栾菊杰都是著名的剑坛左派。拳击界的左撇子同样威名远扬，左拳王穆勒1994年荣登世界重量级拳王宝座。至于乒乓球、网球金榜上的左撇子更是灿若群星。在整个人口中只占7%到10%的左撇子，为何在体育精英中的比例要大得多？除了右手优势的运动员不习惯对阵左撇子外，有研究认为更重要的原因来自人类的大脑功能。诺贝尔医学奖获得者斯佩瑞1961年曾做过切断连接大脑左右半球胼胝体的脑裂试验，发现人类大脑两个半球既紧密合作，又独立活动并互有分工。大脑左半球负责语言、阅读、书写、运算等功能，右半球则管辖视觉、形象、空间、方位等职责。而人的左右半球大脑又各自指挥对侧肢体运动。因此，右手优势的运动员从看到动，神经信号走过了从右脑到左脑再到右手的路线，而左撇子的神经传递却在右脑内部消化，走的是右脑直接到左手的捷径，反应速度要快10多个毫秒！这在体育巨人们巅峰对决中的价值应该不言而喻。人类好斗的天性也许来自进化历史的源头和基因结构的深处。但有了科学技术的舞台和竞赛规则的节律，便能将原始野蛮的打斗变成大雅之堂的体育运动。上一篇：乒乓球的前世今生（下）标签：击剑 , 奥运 , 拳击 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|1223 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（二十五）: songshuhui 2008-9-4 14:13; 科学松鼠会发表于2008-01-25 星期五 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。体育的终极意义在于强健体魄和增进健康，运动中人的安全越来越成为现代文明重要的价值取向。软硬兼施的护身术体育运动的魅力之一便是勇猛拼搏和激烈对抗。竞技场上到处都有速度的飞翔，力量的击打，身体的冲撞。如何确保运动员血肉之躯的安全，从来是体育比赛头等重要的课题。瞧瞧冰球选手们顶盔贯甲、全副武装的那身打扮，简直不亚于太空中的宇航员。当170克重的硬橡胶冰球以每小时160多公里的速度在场上往复弹射，平均体重80多公斤的对手在高速滑行中互相合理冲撞时，即使有这些头盔、护胸、护肘、护腿、护裆的全方位保护，赛场上的人身事故仍时有发生。今日的体育运动如果离开了护具，许多项目将根本无法开展。全副武装的冰球运动员棒球运动员头盔运动员的第一个关照对象自然是脑袋。人的颅骨和脊液虽然对大脑有良好的保护作用，但运动中猛烈的冲击力很容易造成颅骨骨折、脑震荡、脑挫伤、硬膜下出血等后果。2005年美国职业棒球联赛中，波士顿红袜队著名投手马特.克莱门特头部中球当场倒地，被抬出场外急救；2007年接替布莱尔担任英国首相的戈登.布朗曾在高中时代一次橄榄球比赛中头部严重受伤，导致视网膜脱落而几乎完全失明；捷克足球国家队门神彼得.切赫被对方前锋踢中太阳穴引起颅骨断裂险些丧命。粗略统计，美国每年约160万人次的头部创伤和体育运动有关。拳击比赛中密集而沉重的打击主要是对准脑袋，2008年伊始，韩国拳坛不倒翁崔尧三成功卫冕之后魂断拳台的消息令人唏嘘。拳击运动员头部长期承受打击还会带来慢性脑损伤和颅压及脑血流改变。有人认为，拳王阿里的诸多神经症状不能不归咎于头部多年来被零敲碎打的积累效应。我们所熟悉的台球和钢珠碰球这类弹性碰撞中，无论正碰或者斜碰，小球的动能和速度都会发生传递和交换，但总动量保持不变。对于运动员的头部来说，器械和肢体的碰撞大都属于非弹性的斜碰，不仅会带来颅骨与脑的线性运动和绕颈部的切向运动，还会带来头部的结构性改变。由于动量等于质量和速度的乘积，因此撞击物的质量越大、速度越大、制动时间越短，冲击力就越大。在球场上和自行车、滑冰等高速运动中，保护头部的硬措施是佩戴头盔，让玻璃钢和碳纤维外壳通过形变吸收部分动能，同时，和头部曲率半径相近的海绵衬垫层与悬挂结构将碰撞中尖锐的点接触变成平缓的面接触，从而减小压强并延长碰撞作用时间，起到摊薄冲击力的缓冲作用。早期职业拳击赛不戴手套，1853年美国拳坛双雄沙利文和莫利西的疯狂对决被法庭判为野蛮斗殴而锒铛入狱。奥运拳击赛和职业拳击赛最大的不同在于确保了竞赛的安全性，但奥运拳击头盔须用软材料制成，以便同时保护对手的拳头。奥运拳击的另一软措施是使用大而厚的拳击手套来软化运动员的铁拳。和职业拳击小而薄的226克手套相比，奥运拳击284克的手套打中对方时接触面积更大，拳套柔软层被压缩的距离更长，从而延缓了拳头制动的时间，使得运动员瞬间承受的冲击力更小。拳击的头盔和手套看到拳击选手和橄榄球运动员在休息时吐出嘴里的牙套，人们常常不明白这个小玩意为何物。惊人的数字显示，美国每年在运动场上被打掉的牙齿约500万颗。牙套的英文名字可直译为护嘴，在各种冲击性运动中使用牙套，可以大大减少满地找牙的受伤者。人的牙齿本来十分坚固并具有惊人的力量，杂技演员能靠牙齿的咬合将身体悬在空中。但这是靠着咬肌的整体力量，单个牙齿往往是不堪一击的。弹性塑胶制成的牙套能使彼此孤立的牙齿联合起来，特别咬紧牙关后，牙齿的砖块筑成了牙齿的长城。当众志成城的上下牙列共同承担冲击时，就不会被各个击破了。牙套还能改变外力作用时嘴唇和牙齿的硬接触，起到良好的缓冲作用，并减轻对颈椎的震荡。如今市场上批量生产的成品牙套不能做到适合每个人的口型，有一种经热水烫过后变得可塑，在口中咬合并冷却后能固定形状的牙套效果更好，而理想的牙套应该如安装义齿一样，请专业的牙医取模定做,才能确保适当的厚度和紧密的接触。绿茵场上激烈的拼抢最容易引起运动员腿部和脚部骨折，许多世界一流球队都曾在重大比赛前伤兵满营而实力大减。人体骨组织承受的力可分为压缩、拉伸、弯曲、剪切、扭转等。在适当负荷作用下，骨头能产生弹性形变，应力消除后恢复原状。如果骨组织承受的负荷超过了弹性范围而达到屈服点，带来的形变在外力消除后不能复原，这种因结构被破坏而导致的塑性形变就是骨折了。骨骼的抗压强度最好，抗拉次之，却容易在弯曲张力和剪切力作用下受到损害。足球运动中的踢、蹬、铲等动作往往将极大的切向力作用在球员的腿上。因此护腿板已经成为足球比赛最重要的分段保护措施。护腿板用轻质而具有刚性的复合材料制成，如同给运动员的小腿平添了一层甲壳。受到冲击时，护腿板不仅能扩大胫骨受力面积而降低压强，还能总体改变腿的受力角度，减小在骨骼内产生的弯曲力矩和剪切效应，防止骨折发生。护齿护裆护胸护腿人类从四肢行走到直立行走后带来的一大弊端，便是身体的软肋和软腹部暴露无遗而更容易受到攻击。在许多对抗性激烈的竞赛中，女运动员使用特制的护胸，男选手穿上合身的护裆，其作用不仅在于将冲击力量分散减弱，还能使受力点向四周转移，让邻近更加抗打耐压的部位代替娇嫩脆弱的部位来承受攻击。举重腰带的保护功能则另有名堂。一项试验表明，当沉重的杠铃高举过头时，运动员的骨组织和椎间盘软组织受到压缩，身体可被压矮3.59毫米，如果系上宽阔的腰带，不仅能保护肌肉和软组织免受伤害，还能凭借腹腔内容物的支撑作用帮助脊椎骨承担部分负荷，使身体被压矮的程度减少到2.87毫米。当美国选手莱恩把棒球投到每小时164.1公里的纪录时，我们便不难理解棒球捕手所带的手套为何如此肥硕了。这种手套的海绵内衬比其他手套厚得多，其功能在于缓冲来球巨大的冲击力。我们由此自然而然想到了运动场上的海绵包和海绵坑。带着特制手套的棒球运动员随着人类的跳高成绩节节攀升，便应了一句话古话跳得越高摔得越重。今日的撑杆跳世界纪录为6.14米，自由落体从这一高度的着地时，速度可达每秒10米，如果没有缓冲手段，运动员等于经历一次跳楼。最初的跳高从草地上起跳并在草地上着陆，剪式、滚式跳高出现后开始使用和跳远相同的沙坑，后来的跳高沙坑不再是坑了，沙面也不再和地面平齐，而成了沙层增厚并高出地面20至30公分的沙台，有时还在沙中添加锯末以增加酥松程度。早期的海绵坑曾让运动员在一大堆杂碎海绵中陷于灭顶，直到现代海绵包的出现，才带来了跳高运动的真正安全并让背越式跳高成为可能。使物体动量改变的原因是冲量，它是力和作用时间的乘积。跳楼状态下的身体落在硬地上，全部动量在大约百分之一秒间变化为零，因此承受极大的冲击力。厚厚的沙层延长了身体动量改变的时间，所以减少了冲击力。从运动员落到海绵包表面受到弹性阻力到海绵包被压缩到最大距离，约经历1秒钟，是硬地制动时间的近百倍，因此承受的冲击力也减小近百倍。加上身体陷在海绵包中的大面积接触带来压强减小，海绵包高于地面约80公分使重力的作用时间和作用距离减少，都确保了跳高运动员安全舒适的软着陆。这和汽车发生碰撞事故时释放气囊的作用又殊途同归了。跳高选手落在海面垫上射箭运动员在持弓的手臂上佩戴一块护臂，这是为了防止高速运动的弓弦回弹时擦伤皮肤；皮革制成的护掌为体操运动员手上长了最结实的老茧，能防止在单杠大回环等动作中磨出水泡和揭去手皮，并能够有效提高握力；护膝、护腕、护指、护踝、护肩、护肘，它们有的能防止直接伤害，有的能让肢体更有效工作，众多的护具可以列出一副长长的清单。体育的终极意义在于强健体魄和增进健康，运动中人的安全越来越成为现代文明重要的价值取向。科技对体育的作用不仅在于提高成绩，同时也用软硬兼备的手段佑护着运动员出入平安。反过来，赛场上的安全感是提高成绩的根本保证。上一篇：格斗的艺术标签：奥运 , 科学 , 科技之光 , 运动保护; 个人分类: 奥运|1004 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（二十六）: songshuhui 2008-9-4 14:12; 科学松鼠会发表于2008-01-26 星期六 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。今天的体坛明星有福了，许多厂商争相为他们量脚定做独一无二的运动鞋。运动鞋的功勋回顾足球历史上最经典和重要的战役，不能不提到1954年瑞士世界杯赛匈牙利队和前联邦德国队的那场激烈拼搏。明显弱势的德国队在0比2落后的危局中绝地反击，最后以3比2取得了几乎不可能的胜利，成为二战后德国回归国际体育大家庭并重振民族精神的重要契机。这次反败为胜的一个关键因素，便是他们脚下穿的新款足球鞋。比赛在大雨滂沱后的范可多夫体育场进行，满地泥泞不堪，当年所向无敌的匈牙利队却被又湿又重的球鞋所折磨，守门员在最后的关键时刻滑倒。而德国队脚下的鞋则轻巧灵活并及时更换了加长的鞋钉，能在滑溜溜的赛场上增大抓地力。拍摄庆功合影的时候，德国队总教练赫尔伯格把看台上的阿迪恭恭敬敬请到身边。这是历史上唯一一张制鞋商和冠军队共享胜利喜悦的照片。 1954年瑞士世界杯足球赛冠军联邦德国队合影，左第三人为阿迪运动场上关于鞋的故事有一千零一个。早期的帆布面硫化胶底鞋，笨重的几乎只适合直线前进的金属头足球鞋，柏林奥运会上欧文斯的跑鞋，飞人乔丹气垫鞋，斯坦.史密斯网球鞋，刘易斯的陶瓷钉鞋，琼斯的水晶鞋，约翰逊的金缕鞋，刘翔的红色魔鞋，多少传奇为人们耳熟能详并津津乐道。运动鞋的历史，处处留下一个时代科学的脚印。 26块骨头，33个关节，20块肌肉，100多条韧带，数以千计的神经末梢和血管诚如达.芬奇所言，人的脚是艺术和工程学的杰作。打从人类祖先在非洲草原直立行走后，我们便把体重完全交给了双脚，让它承受着比四肢动物成倍的负荷。尽管每年都有成吨的研究报告问世，我们却至今仍没有完全厘清在不同运动状况下腿、脚、鞋、地面之间微妙而复杂的相互关系。运动鞋虽然琳琅满目，但基本原理是大致相通的。它的首要功能是吸收来自地面的震荡。当人的奔跑速度达到每秒6米时，脚掌承受的负荷约为体重的4倍，跳高跳远时增大为7倍，三级跳远中双脚两次直接和硬地碰撞，冲击力峰值可达体重的20多倍，强烈的振荡会传到脚踝、膝部、髋部以致脊柱和大脑。感谢我们脚跟的脂肪垫和天然的弹簧系统脚弓有效抵御着这种伤害。现代运动鞋将一种具有很高受压顺从性能的材料放置在鞋后跟, 让它通过自身最大的变形量吸收冲击动能。还有些运动鞋将中底做成华夫饼干状，有些在鞋底内放置橡胶立柱和气垫，起到汽车底盘下减震弹簧的作用。当篮球运动员纵身而起，田径运动员脚下生风时，一双称心的好鞋便如同两只小小的马达。运动鞋的第二大功能是回输能量。脚掌部位的聚氨酯等微孔发泡材料具有极强的弹性，鞋底在受压变形还原时，能将吸收和储存的能量释放出来返还给脚掌。在周而复始的蹬伸过程中，就如同踏着一个微型的跳板了。这里的技术精华，是在鞋的弹性和稳定性之间寻找平衡点，既要获得理想的反冲力，又不能失去精确的空间感和脚踏实地的坚硬支撑。奔跑时制动和反弹的力网球、羽毛球运动员在场上骤起急停，乒乓球选手则频繁侧向跃动，掷铁饼者少不了身体旋转，剑客们更多前后腾挪运动鞋的第三大功能是防滑。脚下的摩擦力是由鞋底与地面的法向力、摩擦系数和接触面积决定的。从微观角度看，由于地面的凸凹不平，往往和鞋底间只是有限的点接触。高摩擦系数并且具有高延伸度的鞋底能在凸凹的地面产生弹性形变，增加接触面，这就是所谓的抓地性。过去的金属鞋钉在插入、拔出地面间会消耗能量，现代的鞋钉用尼龙、聚氨酯等复合材料制成，圆锥形、长方形、刀刃形等不一而足，鞋钉的数量和位置也能因人、因地而调整和改变。更有大量运动鞋以不同排列的突脊代替了鞋钉。至于鞋底的花纹更是千变万化，带来不同方向上摩擦力的差异，以满足不同运动种类的需求。值得提醒的是，人在运动中的刹车过程是由动摩擦转为静摩擦的，脚落地后应该有少许滑动行程，如果鞋的摩擦力大到一着地就纹丝不动，便容易崴脚和扭伤了。运动鞋的结构至于运动鞋扭力系统对脚形和动作的矫正，鞋帮对脚踝的支护，通过气孔的呼吸作用使鞋内透气和吸湿，都是可圈可点的设计。不同的运动项目几乎都有自己的专用鞋。要想分门别类略加描述也是一本专著的容量。不过足球鞋是特别值得单独一提的。踢球全凭一双脚，脚又全指望一双鞋。每场比赛下来，足球运动员跑动万米左右，拼抢时需达到百米冲刺的速度。更重要的是，球鞋就是足球运动员的球拍和球棒。接球、带球、传球、射门的力量都要通过球鞋发出，推、拨、挑、拖、扣等细腻的脚法都要通过球鞋完成。精确的脚感和鞋脚合一的境界是至关重要的。受到乒乓球拍上小胶粒的启示，在足球鞋的边缘加上橡胶的仿脚趾，齐达内和贝克汉姆脚上的猎鹰球鞋能够踢出每秒旋转8圈的香蕉球。 2000年悉尼奥运会上约翰逊的金缕鞋一个世纪前的百米短跑成绩平均每年提高0.015秒，如今已经减缓到每年提高0.006秒了。人们越来越注重从跑鞋上发掘点滴的潜力。根据测试，跑鞋重量每增加100克，运动员的体能消耗将增加百分之一，1991年东京田径世锦赛上，美国短跑名将刘易斯打破百米世界纪录时的跑鞋只有115克重；2000年悉尼奥运会上，田坛阿甘迈克尔.约翰逊的金缕鞋重量仅116克，玛丽安.琼斯的水晶鞋则只有99克；加拿大黑豹贝利的跑鞋被形容为带钉的袜子。人们不免生出疑问，为什么有些运动员竞赛中脖子上可以挂着沉甸甸的金项链，却对鞋子的重量如此锱铢必较呢？看看百米跑道上那些快速翻飞的双脚就会发现，每个运动员的后跟都几乎触及到了臀部，折叠起小腿能缩短以髋关节为轴的转动半径，从而减小转动惯量增加转动的角速度。而双脚处在小腿绕膝关节和髋关节旋转半径的最远端，因此鞋子重量些微的减轻，都会带来腿部转动惯量明显的减小。这对于以每秒20米速度交替划着弧线的双脚无疑是莫大的减负。刘翔的跑鞋波兰每年都会举办一次库索辛斯基国际田径赛，纪念二战中被德国纳粹杀害于战俘集中营的优秀波兰运动员雅努什.库索辛斯基。1932年洛杉矶奥运会上库索辛斯基夺得10000米金牌后，他双脚血肉模糊以致脱不下鞋子的一幕永远给人们留下最沉重的叹息。鞋子舒不舒服只有脚趾头知道，难怪体育界一句名言说穿错了鞋就是灾难。1968年墨西哥奥运会前，背越式跳高的的发明者福斯贝里收到阿迪达斯公司从欧洲寄来的运动鞋，但他只试了一下就原封退回了。殷勤的商家坚持不懈对鞋反复修改，直到第四次寄给福斯贝里才被愉快接受。今天的体坛明星有福了，许多厂商争相为他们量脚定做独一无二的运动鞋。事先由专家组花费数年时间动态跟踪和研究运动员的特征，取好精确的脚模。将三维动作捕捉、压力传感测试、红外线成像和激光扫描的各种数据输入电脑进行设计。再和运动员共同商讨和反复试验以求尽善尽美。这种体育明星和大牌厂家的共生关系毕竟促进了运动成绩的提高和制鞋产业的发展。奥运百年来，体育已经成为寻常百姓生活的一部分，运动鞋也不再是体坛精英的专宠。今天世界上的运动鞋比天上的星星还多，几乎每条小路都有运动鞋走过，它改变了这个行星上人类跫然的足音上一篇：软硬兼施的护身术标签：奥运 , 科技之光 , 运动鞋; 个人分类: 奥运|939 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（二十七）: songshuhui 2008-9-4 14:12; 科学松鼠会发表于2008-01-27 星期日 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。因此哪怕起跑确实在枪响以后，但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。运动场上的时间简史 1996年亚特兰大奥运会上，英国飞人克里斯蒂和加拿大黑豹贝利的男子百米冠军之争让场内外千万人屏住了呼吸。然而戏剧性的场面出现了，克里斯蒂连续两次抢跑，比规定的起跑时间提前了约百分之一秒。裁判们经过冗长的合议，宣布取消克里斯蒂的比赛资格。于是奥运历史上留下了克里斯蒂在极度失态中愤然退场的一幕。还是这位背运的克里斯蒂，在1995年国际田联组织的黄金四站大赛中已经连续取得苏黎士、布鲁塞尔和奥斯陆三站的冠军，却最后在柏林功亏一篑，仅以千分之一秒的微小差距败给贝利，失掉了即将到手的4公斤黄金的大奖。时间就是金钱，时间就是生命，这句古老的箴言在现代运动场上体现得淋漓尽致和无以复加。我们的一切运动都在三维空间中进行，但还必须加进第四维时间。计时是竞赛运动的基石，是一切速度型运动成绩的量化形态，让快和慢的比较成为可能。奥运百年间，运动计时手段的变化不啻霄壤，精准、可靠、快捷和直观是人们始终不懈的追求目标。 1896年第一届奥运会上，秒表刚刚问世不久。当计时员从黑色衬布上看到发令枪烟升起而按动拇指时，受生理反应速度所限，计时误差可达0.2至0.5秒。这对于百米赛来说相当于2到5米的距离。 1912年斯德哥尔摩奥运会上，秒表首次以电动代替手动，并设置了实验性的终点照相仪。到了1932年洛杉矶奥运会，瑞士欧米伽公司提供30块电动秒表,以十分之一秒的精度记录了17项世界纪录。当时已经使用了终点摄影胶片，不过要花费几天时间才能冲洗出来，只能成为马表的马后炮了。随着运动竞技水平的提高，顶级选手的成绩日益接近。跑道上每每出现并驾齐驱，比肩到达，集体冲线的情景。人们也对计时系统提出越来越高的要求。光电管取代肉眼，起跑发令枪和计时器联动，石英技术问世，终点快速打印机使用，都为计时系统的升级换代注入活力。1968年墨西哥奥运会上正式被官方确认的缝隙扫描终点摄影技术更成为一个重要的里程碑，从此之后，在百米终点线楼梯上排排坐和叠罗汉的24名计时员永远退役了。如果把普通照相机的曝光比作一次开门，那么终点摄像仪的曝光则是通过一条极为狭窄的门缝，在高速的CCD摄像机中，这个门缝每秒钟连续开启2000次，相当于把一秒钟时间切成2000片，再将摄下来的2000条竖直栅格依次沿横向排列。于是这些白驹过隙后在时间轴上留下的线便织成了计算机屏幕上精确的冲线图。当然，门缝里看人难免把人看扁。如果运动员影像移动的速度快于照相机栅格移动的速度，人的影像就会变窄，反之影像就会变宽。难怪那些珍贵的历史性记录一幅幅看上去都有些像哈哈镜了。尽管有了这样的火眼金睛，也仍然不能完全避免歧见和纷争。有时两个运动员到达终点的先后几乎间不容发，难分难解，对终点摄影识别和判读的学问甚至不亚于医生面对复杂的CT与核磁共振照片。1984年洛杉矶奥运会上，法国选手查多尼尔已经站到女子百米跨栏第三名的领奖台上向公众招手致意了，却又在刹那间被迫流着眼泪走下领奖台，裁判最后认定她的季军位置应该由美国选手吉姆.特纳取代。尽管专业计时员坚持认定查多尼尔领先并再三解释终点摄影仪的工作原理却无济于事。直到几个月后，这段公案在萨马兰奇的直接干预下才得以解决，法国姑娘领到了补发了铜牌。为确保万无一失，两台终点摄影仪常常安放在跑道两侧相向拍照。此外还辅助设立另一套红外线激光计时系统，当运动员跨过终点线阻挡了红外信号，计时器便中断运行，并将成绩直接显示在体育场的屏幕上。终点计时的精确只解决了一头的问题，另一头起跑线上计时的重要丝毫不亚于冲线。1960年第17届奥运会上，百米金牌得主哈里以10秒的成绩打破世界纪录，但却被裁判认定为抢跑。哈里向法院提出控告后被要求重跑，多亏他经受了考验并保住了金牌。这类纠纷在田径比赛中不胜枚举。今天的起跑线上，抢跑犯规监测系统同样达到了千分之一秒的精确度。从我们被一根针刺中到发出疼痛的喊叫，中间会有一个时间差。因为神经传递速度有限。据医学测定，人类对刺激的反应约为0.1秒。运动员从耳朵听到枪声到大脑对肌肉发出指令同样有诸多生理环节。因此哪怕起跑确实在枪响以后，但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。谁也别想再靠着蒙和猜投机取巧了。和起跑器联动的发令枪这是一个安装在起跑器上和发令枪联动的传感装置，当压力达到男子29公斤，女子27公斤时便会被触发，并显示出运动员起跑反应的时间。抢跑违例者将会被自动召回。1988年汉城奥运会上，德国十项全能选手海格森虽然贵为前世界纪录保持者，但因为连续三次抢跑千分之一秒被取消资格。中国运动员刘翔在2004雅典奥运会上以12秒91的成绩平110米跨栏世界纪录，还要归功于他0.13秒的完美起跑时间。不过话说回来，如果那次刘翔的反应再快百分之一秒，新的世界纪录就会诞生了。游泳池里的冠军和第八名之差也常常取决于零点几秒。1968年墨西哥奥运会上，终点电子触摸屏首次登场亮相。这是一块90厘米高，2.4米宽的平板，三分之二浸没在水中。能够灵敏感受运动员手指轻微的触摸却对波浪的拍击不作反应，计时精度达到千分之一秒。鱼雷索普是5块奥运金牌获得者，他最难忘的记忆是15岁那年在英联邦运动会上，触摸屏显示以百分之一秒之差，使他失去了第一次打破200米自由泳世界纪录的机会。1988年，加勒比海小国苏里南全国放假一天，庆祝他的运动员内斯蒂在汉城奥运会上获得男子100米蝶泳金牌，这位浪里黑条仅以0.01秒的优势战胜了美国名将比昂迪。游泳池的出发台和田径赛的起跑器一样装有压力传感器，防止运动员提前入水犯规。1991年澳大利亚世界游泳锦标赛上，计时系统无情显示美国女子接力运动员抢先百分之一秒跳入水中，使得正在拥抱欢呼夺得冠军的姑娘们转而失声痛哭。这样的悲喜剧在人工计时的年代是不可想象的。体育运动中的计时是无处不在的。在自行车、赛艇、马术、冰雪运动等项目中，计时精度都达到了千分之一秒。篮球场上的3秒违例、24秒投球、终场倒计时往往决定比赛的胜负。帆船竞赛中的计时则已经装备了GPS全球卫星定位系统。从一块秒表长成一个根须四布、叶茂花繁的计时系统，奥运会用了100多年，我们定格和保藏了奥运会历史上许多最伟大的时刻，并继续在运动场上牢牢掌握着时间。上一篇：运动鞋的功勋标签：奥运 , 科学 , 科技之光 , 秒表 , 计时器; 个人分类: 奥运|856 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（二十八）: songshuhui 2008-9-4 14:11; 科学松鼠会发表于2008-01-28 星期一 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。如何更快捷、准确、可靠地丈量距离，是体育运动的持久课题。明察秋毫谈测距 1968年墨西哥奥运会的头号英雄，要数美国运动员鲍勃.比蒙了。他不朽的一跳创造了神话般的奇迹，以8.90米的成绩超越世界纪录55厘米。由于几乎跳到沙坑尽头，落在当时光学测距设备的计量范围之外，以至于裁判们不得不临时找来钢卷尺反复测量与核实。这个惊人的揭晓在记分牌上显示出来时，由于比蒙对公制量度缺乏概念竟一时回不过神来，当人们告诉他8.90米等于29.25英尺，比蒙才顿时激动得长跪不起，热烈拥抱和亲吻大地。这一纪录直到23年后才被鲍威尔在东京以8.95米的成绩所打破。墨西哥奥运会上为比蒙跳远测距的光学仪器竟然会无能为力，世界大牌明星比蒙竟会只知道英尺不知道公尺，这无疑都涉及到运动场上的测距问题。测距和计时一样，是体育竞赛的生命线。一切运动都离不开在三维空间中的精确定位，许多项目的成绩都是以路程和位移的量化为最终结果的。而差之毫厘，失之千里的古谚应该是对运动测距的最好描绘了。 1948年伦敦奥运会用手电筒和卷尺测距早期运动场上测量工具是皮尺，由于具有伸缩性并容易在风中飘动和扭结，测量的精确性大打折扣。自从发明了钢卷尺，测量更加可靠了。但操作不便，气候影响，距离限制等因素仍长期困扰着运动场上的裁判。人们曾想出各种办法改进测距手段。1948年伦敦奥运会上出现了机械测距，把标尺固定在跳远沙坑旁，上面垂直安装一根既能滑动又能转动的横杆，可以在运动员完成动作后立即放下来和沙坑里的落点对齐并读出成绩。1968年墨西哥奥运会上使用了早期的光学测距，这是一个长长的如同滑轨的钢尺，平行放置在沙坑旁的半空中，一只望远镜般的光学仪器就象磅秤上的砝码可在钢尺上移动，当它垂直对准沙坑里的落点时，钢尺上的刻度便显示出跳远的成绩。比蒙就是因为跳过了钢尺滑轨的尽头，才导致这种光学测距仪望尘莫及的。 1948年伦敦奥运会机械测距仪 20世纪60年代的光学跳远测距仪奥运会上统一度量衡无疑是重要的里程碑，如果你用英尺，我用市尺，他用公尺，测距就会成为鸡对鸭讲。1908年伦敦奥运会的一大贡献便是确定了米制为通用标准，从此大家便都用量度单位的共同语言与国际接轨了。但直到1968年，饱经沙场的比蒙还对米制单位如此生疏隔膜，可见习惯和文化之间的距离多么难以测量。由于距离测量的失误带来的严重后果在体育比赛中时有发生。1932年洛杉矶奥运会上，美国选手梅特卡夫卡的200米赛道多出了2米，致使夺冠的希望破灭；3000米障碍赛中所有运动员都多跑了一圈，致使本来应该获银牌的美国运动员麦克斯基在额外的最后一圈被人超过而变成了第三名；1956年墨尔本奥运会小口径步枪60发卧射比赛中，加拿大选手奥里蒂以完美的600环创造了世界纪录，但后来发现射程距离比奥运会标准短1.5米，记录不能被正式承认；2000年悉尼运会体操比赛中，由于跳马的安放和调整失误，比标准高度矮了5厘米，致使包括霍尔金娜在内的体操明星在比赛中前仆后继，一个个都摔得晕头转向； 1965年中国第二届全运会10000米竞赛由于少记一圈,致使这一项目没有成绩。如何更快捷、准确、可靠地丈量距离，是体育运动的持久课题。现代科技发展使测距手段与日俱新。当我们看到今天的选手把标枪、铁饼投出后，便有一位裁判在落点插上标志，接着安放在远处的激光测距仪便立即报告出准确的读数了。让光线代替人来回跑一趟，便是这种测距仪的工作原理。看不见的波长900纳米红外激光对人眼无害，能迅速投射到落点标志上反射回来并被接受。通过比较发出的光线和接受的光线波长相位的差异，便能准确计算出往返距离的长度。而最新的激光测距仪则连续发出短促的激光脉冲，然后接受从测量标志上反射回来的信号。尽管光线的速度为每秒30万千米，但精确到纳秒的仪器却能够准确测出激光走完一个来回所花的时间，剩下的就只是简单计算了。激光测距仪激光测距仪工作原理每次插在落点处的标签也有特别的构造。它的顶端是一个复合的三棱镜，也称为回射器。光线无论从什么方向射来，它都能按照原方向反射回去。对于灵敏度极高的测距仪，接受这样剂量的信号已经绰绰有余。测距仪决不会安放在运动员的正后方，因此激光跑过的路程实际是落点到仪器间的距离。测距仪自然会用余弦公式算出正确数据。我们看到跳远选手如果起跳犯规，显示屏上就会立即发布他超过起跳线的距离，并能准确报告每个运动员起跳点的数据。这项技术是让一排平行的红外激光束沿垂直方向紧贴地面横扫过起跳板所在的区域，当某一排光束受到选手起跳脚的阻挡时，接受器便会显示出对应的位置来。长跑运动员临赛前，都会在身上佩戴一个钮扣般的小芯片，其中输入特定的个人信息。经过跑道上的计圈器时，芯片发出的信号就会被接受和处理，并在屏幕上显示出运动员剩余的圈数。选手们都可以放心大胆的奔跑，而不必暗中默默给自己记账，记圈员也不再担心长跑中被运动员们套圈套糊涂了。 2007年4月15日在匈牙利德布勒森举行的国际马拉松比赛中，肯尼亚选手菲利普以2小时10分46秒获得冠军，这是一个十分可喜的成绩。然而事后发现由于测量疏忽，整个赛程距离少算了2200米，为此匈牙利体育官员以公开信方式表示遗憾和道歉。马拉松和其他公路长跑的赛道勘测和丈量是一大学问。必须由国际田联颁发了A级或B级证书的测量员骑着安装了尤尼斯.欧尔斯计数器并经过校准的自行车来完成。这种计数器通常固定在自行车前轮左侧的轴上和轮辐联动。车轮每转一圈计数器便走动约20个数字。由于车轮圆周是一个定长，整个赛程起始点的距离就很容易确定了。马拉松测距计数器尽管1924年国际田联正式确定马拉松赛程的距离为42.195公里，但由于考虑到自行车测距中可能出现的微小误差，因此按每千米额外多增加1米来测量，计数表上的有效里程实际为42.237公里，充分体现了规则制定的宁严勿宽。更重要的一个共识是，由于马拉松和其他公路赛经常有弯道，而选手们完全可以充分利用道路的宽度对赛程裁弯取直，弃弧走弦，尽可能寻找捷径。这就要求测距员具有高度的职业水准，能骑着自行车先行选择一条最短的路径让人无空子可钻。马拉松路线的裁弯取直从马拉松赛程之遥到跳高架刻度之微，从动态的投掷丈量到静态的场地设备校验，测距的一丝不苟和精益求精是体育运动的前提和保证。上一篇：运动场上的时间简史标签：奥运 , 测距 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|828 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（二十九）: songshuhui 2008-9-4 14:10; 科学松鼠会发表于2008-01-29 星期二 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。聚乙烯、聚丙烯草株即使近距离熟视和伸出手触摸都和天然草并无二致。球场变革始于足下 2007年10月，NBA在中国上海和澳门的两场季前赛让无数球迷心旌摇曳、如醉如狂。两支正宗的美国职业篮球队不仅自带拉拉队，还自带专用的赛场地板，这种兴师动众的阵仗实在举世罕见。俗话说百里不运粗，NBA脚下的篮球地板究竟是何方神圣？值得不远万里空运到中国吗？ 2004年NBA中国赛安装篮球场地板这也许要从篮球运动的特色说起。不像举重、拳击、摔跤等项目按体重划分级别以确保公正，篮球场上无论运动员身高几许，球篮都是离地面3.05米，这就使得篮球成了巨人的运动。一个球队的实力首先体现在空中优势上，有了制空权就能更好在对方头顶上传球，而从正上方扣篮和灌篮时，内径45厘米的篮圈在投球的速度方向上是一个正圆，对于25厘米直径的篮球通过有很大的宽裕量。随着入篮角减小，篮圈在球的速度方向上变成了越来越瘪的椭圆，投进空心球的难度就越来越大。计算表明，当入篮角小于33度45分时，椭圆的短径将小于篮球的直径，这时球就会在击中篮圈后被弹走了。增加投球的出手点高度，可以减小投掷角度，缩短抛物线距离，提高投篮命中率，并防止对方封盖。因此跳投便成了优秀篮球运动员的基本功。跳起高度还能够弥补身材的不足。飞人乔丹起跳时能够离开地面120厘米，在空中悬停1秒钟，除了自身天赋和运动鞋的功劳，应该说，脚下的地板也发挥了特殊作用。投篮的入篮角 NBA篮球地板用硬枫木制成，坚韧度高，变形量小，具有良好的弹性和适度的摩擦力，细密修长的木纤维不会起刺。一个球场的240多块活动地板如同机器的标准零件，通过精密的滑槽、灵活的枢纽、特制的紧固系统组装成一个严丝合缝的整体。预铺的防潮层和面板之间有橡胶制成的软垫，使地板的贮能模量增加，因此具有更理想的弹性和减震功能，这便是为什么NBA大赛在自己带来的地板上进行就更加生龙活虎并原汁原味了。体操运动员同样需要空中优势，但这里指的不是身材高大，相反高个子会因为转动惯量太大而成为致命的劣势。体操运动的法则要求运动员个子小但跳得高，因为一切复杂的跟斗和旋转都需要时间来完成，而只有跳得高才能提供停留在空中的足够时间。有些优秀体操运动员在完成高难度动作时身体重心的高度超过了跳高世界纪录。但体操运动员脚下却不能像篮球运动员那样穿一双飞人乔丹鞋。因为会大大增加身体的转动惯量，于是就更加依赖地板的弹性。体操地板同样是悬空结构，面材为坚实致密的硬木，下面均匀安装着排成阵列的弹簧和橡胶立柱，使得运动员踏跳时既富有弹性和减少震荡，又保持脚踏实地的牢固和稳定。此外，乒乓球、羽毛球地板都需达到规定的指标，排球地板则应该具有运动员扣杀和拦网时起跳所必需的弹性。然而球类比赛场地中一个绝无仅有的例外，便是沙滩排球。在体育竞赛中，沙坑从来都是运动的缓冲设施，其功能在于将动平稳转化为静，现在却用45厘米厚的沙层当作运动场，似乎有些匪夷所思。但唯其如此，沙滩排球才有了不可取代的特色、趣味和魅力。工人为2008北京奥运会沙滩排球赛加工沙子松软的沙滩和密实的地面有着不同的力学传导特性。如果把坚硬的固体比作力的良导体，那么沙层就只能算力的半导体了。当运动员的腿部蹬伸时，脚下的沙子会流动和被压缩，延长力的作用时间，减少脚对地面的冲击力，同时使脚得到较小的反作用力。沙层受力后没有弹性形变，只有塑性形变，对脚不产生任何能量回输，因此沙滩排球运动员的腿部爆发力难以发挥，无论跳跃高度、奔跑速度、制动时间都大打折扣，有测试表明，沙滩排球运动员扣球起跳时身体重心垂直上升速度为每秒2.72米，室内排球则为每秒3.52米。而沙滩场地要的就是这个效果。可别以为排球用沙的来源多如恒河之沙。根据国际排联苛刻的标准，石英沙粒的形状太圆会影响场地硬度，太有棱角会在运动员倒地产生剧烈摩擦时感到疼痛，因此必须经过专门程序打磨；沙的颜色太白或太黄都影响电视转播效果，而必须将色度勾兑得恰如其分；沙中的粉尘会使沙地在下雨后板结刮风时扬灰，因此必须彻底清除。2008年北京奥运会沙滩排球的17000吨专用沙经过18000公里中国海岸线勘查，最后选自海南省东方八所，并经过加拿大实验室检测后才车载船装运到北京，一袋沙比一袋米还贵，身价和待遇照说也不低于NBA篮球地板了。人们把足球场称做绿茵场，其中显然寄托了太多温情和诗意。柔软整齐的芳草地给奔跑中的运动员带来蓬勃朝气和身心舒适，草的高度正好把足球微微托离地面而便于施展技巧，跌倒后在草坪上滑动会切断草茎，叶片释放的浆液起着良好的润滑作用，骤停急转时草地对脚的缓冲能减小腿部的扭矩防止受伤。而对于现场和电视观众来说，草坪是比赛的脸面。球场上的绿视率更让人悦目赏心而不觉疲劳。至于草坪上那些浑然天成、整齐美观的图案和花纹，并非来自不同品种的草色差异。其中奥秘在于修剪作业时，机械按照不同方向的滚压使草的生长方向互相交错，造成了不同方向吸收和反射光线有强弱多寡之别。不过绿茵场上的草大多都是3个以上的品种混合生长，黑麦草、结缕草、高羊毛、百慕大不同品种耐践踏、耐干旱、耐严寒、抗虫害的性能高下互见，进行合理搭配能形成良好的互补关系，保证草坪的整体品质。灌溉、施肥、杀虫、中耕草坪管理用得着一整套农作技术。雨天需要高效的地下排水系统，寒冷地区的草坪需要有电热丝或暖气管铺设的地下加温系统。草坪的高贵品相与娇生惯养在所有体育竞赛场地中是首屈一指的。草皮培植养护 1999年落成的英国卡迪夫千禧体育场不乏可圈可点之处，其中一大杰作，便是将天然草皮化整为零种植在7400个钢铁的托盘中，再化零为整拼装成一个天衣无缝的绿茵场。每个模块都可以灵活拆卸，球场中圈和球门区等处草坪容易受到更多践踏，这些薄弱环节的模块就可以更频繁更换。体育场还能将全部模块移走，承接其他大型展览和演出活动。足球比赛前再让草坪模块紧急集合就能应对裕如了。 2002年世界杯足球赛上贝克汉姆率领英格兰队战胜阿根廷队的历史性战役，就是在日本札幌体育馆进行的。这个巨蛋型建筑的草坪足球场能够像抽屉一样整体滑动，从体育馆里拉进拉出。草坪作为需要阳光、空气和水的生命体，离开大自然怀抱就会枯萎凋零。终年囚禁在现代体育馆四壁的阴影里，只能靠顶部有限的亮色进行光合作用，加上长期通风不良，怎不让芳草变得芳容憔悴。当今许多体育馆都采用了这种壮观的草坪整体移动技术，巨大的钢铁托盘承载着连草带土的整个球场，停放在滚轮轨道上。只用不到一小时就能把诺大的地坪移动到位。没有赛事的日子里，草儿们可以在蓝天丽日下自由自在休养生息，一声召唤便能立刻以崭新面貌到体育馆靓丽出场。日本札幌体育场不过，天然草坪几十年来一直遇到强劲对手人造草坪的竞争。1966年，号称世界第八奇迹的美国休斯敦体育馆大胆挖掉了自己的14000平方米天然草坪，率先换上了当时初露头角的人造草坪。因为他们无法养护巨大穹顶笼罩下衰草裸土，形同菜地的球场。人造草坪由美国阿斯特罗公司首创，于是阿斯特罗草便成了人造草坪的别名。1981年英国伦敦足球俱乐部皇家公园也铲除了天然草地改装阿斯特罗草。不过第一代人造草坪很快就声名狼藉，不仅因为质地达不到天然草的柔韧和弹性，运动员跌倒后身体和人造草纤维磨擦产生的高温还容易使皮肤灼伤并难以愈合，一种因畸形受力而罹患的足部疾患也被称为阿斯特罗脚趾。于是足球界出现了天然草坪的大回潮，一度冒进的体育馆纷纷改邪归正拆除人造草坪。1988年，英国足协禁止在正式比赛中使用人造草坪，此后国际足联也宣布人造草坪非法。谁也不曾料到，坚韧顽强的人造草坪此后通过不断改善自己的品质能再度扎根并卷土重来。人造草坪示意图今天的人造草坪早已经告别了地毯时代。第六代的聚乙烯、聚丙烯草株即使近距离熟视和伸出手触摸都和天然草并无二致，千万吨硅砂和橡胶颗粒混合而成的人造土壤坚固、平实而富有弹性，牢牢支护着草茎不会倒伏，用回收耐克鞋粉碎后的橡胶粒作原材料曾在业内传为美谈。而成本低廉，养护简易，抗紫外线，全天候使用，寿命达20年以上，都体现着人造草坪的独特优势。特别对于养草一整年，使用三个月的严寒地区和高纬度、高海拔、地质贫瘠的不毛之地，人造草坪几乎是唯一选择。如今驰名足坛的皇马、AC米兰、阿贾克斯等球队都有自己的人工草坪运动场，欧洲足联早在2005至2006赛季就批准了使用人造草坪，国际足联则已经向达标的厂家颁发二星生产许可证了。人造草坪无疑具有光明灿烂的前景。而天然草坪改进的步伐也没有停止，基因工程正加紧培养新的耐寒、耐旱、耐践踏草种。何况人造草坪无论如何仿真、逼真并达到乱真，也永远不能像天然草坪那样通过新陈代谢来降低在烈日下的体温，不能吸收运动员洒下的汗液，不能散发特有的迷人清香。无论从实用上、文化上、情感上，一个有生命的绿茵场都将是永远无可替代的。上一篇：明察秋毫谈测距标签：地板 , 奥运 , 科学 , 科技之光 , 草坪; 个人分类: 奥运|1182 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十）: songshuhui 2008-9-4 14:09; 科学松鼠会发表于2008-01-30 星期三 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。 2008年北京奥运会的国家游泳中心水立方也许称得上当代科技与艺术的结晶。泳池哪得清如许如果没有水波和浪花，奥运会将变得多么枯燥和单调！游泳和跳水从来是举足轻重的金牌大户，也是上座率和收视率高居榜首的热门项目。如果说坚实的地面是奥运会陆军角逐的战场，那么清澈晶莹的游泳池便是奥运会水师的用武之地了。人类历代祖先都是从江河湖海中识水性的。当1896年雅典第一届奥运会把游泳列为竞赛项目时，赛场就自然而然摆到了爱琴海的皮雷埃夫斯港湾。参赛选手被轮船送到海上的出发点，一长串漂浮的南瓜是路线标志物，终点设在未经准确丈量的岸边。号称匈牙利海豚的第一届奥运会冠军阿尔弗雷德事后回忆说，在寒冷的13度海水中，迎着12英尺的大浪，我求生的渴望压倒了夺取冠军的激情。 1900年巴黎奥运会的游泳同样在天然水体塞纳河上举行。这种原始的比赛环境显然无法确定运动员的真实成绩。海水的浮力大于淡水，而江河具有一定的流速。1908年伦敦奥运会，组织者在白城体育场中间挖了一个100米长的游泳池，虽然水陆同场，游跑并肩，但奥运会比赛总算第一次在人工游泳场进行了。此后的游泳池往往一专多能。1948年伦敦奥运会拳击比赛的擂台就是游泳池上搭起的一座小桥，让选手们饱受水面散发的氯气熏呛之苦。1964年东京奥运会游泳池在比赛结束后就铺上地板变成柔道竞技场了。随着生产力突飞猛进的发展，奥运会游泳池作为水上项目的操场也日益正规化和专门化。迅速增长的社会需求更使游泳池修建越来越成为小菜一碟。几十年间，地球上的每座城市乃至大学、旅馆、私人寓所都拥有了游泳池。这是一个五光十色的游泳池家族，有室外室内之分，海水淡水之别，堪萨斯露天泳池面积相当于城市的半个街区，布鲁塞尔的耐莫33游泳池深33米，是世界著名的潜水胜地，而智利的圣.阿尔芬索海水游泳池长1000多米，面积达8万多平方米，被列入吉尼斯世界大全。但他们的功能都只限于公众的休闲娱乐，不能用于正式的重大比赛。智利圣.阿尔芬索海水游泳场现代的奥林匹克标准游泳池的尺寸应该是恰到好处的。长度50米，允许误差值为正3毫米，但不能短一丝一毫，并且必须用激光测距仪认定。宽度25米，深度以2米为宜，正是这个2500吨的水体凝聚了无限的智慧和创造力。打从1920年安德卫普奥运会上澳大利亚游泳选手控告美国队阻挡他们前进，1924年的巴黎奥运会便第一次用绳索穿上软木块，在游泳池面拉起了8条漂浮的分道线。今天高水准的游泳池大都有10个泳道，分道线用不同颜色的塑料小叶轮串接而成，当运动员激起的水波向相邻泳道传递时，首先就会驱动这些小轮子旋转，吸收和消解大部分能量，有效减少了彼此之间的干扰。灯光调控在最佳的水平照度、垂直照度和标准色温，并且不在池壁上投下影子；高灵敏度的计时触摸屏精确到千分之一秒；设有压力传感器的出发台得心应手又铁面无情；大屏幕电视和成绩公告牌及时传递着赛场的信息，无论运动员、观众和传媒记者都能处处享受到现代科学的恩惠。可别以为游泳池就是在地上挖个坑再灌满水。现代游泳馆是一个精妙复杂的高贵建筑，悬空的池底铺满纵横交错的管道，外壁四周支撑着成排的液压钢架，整个游泳池完全像一个巨大保温瓶的内胆，是一个被高科技捧起的掌上明珠。 1，氧气分子 2，紫外线作用 3，臭氧形成 4，强氧化功能 5，活性氧也别以为池子里会是死水一潭，数台强大的水泵驱动着满池清波不断循环。由3个氧原子构成的臭氧大量分解出游离氧，高效、广谱杀灭各类细菌并氧化水中的有机物。这种氧气的同素异构体氧化能力比氯气强得多，却不会产生化学残留物带来二次污染，杀菌效果比紫外线好得多，却不会由于直线传播而留下死角，同时具有理想的除臭、去味、脱色功能。由石英砂、活性炭、硅藻土等制成的过滤器将毛发和各种杂质去除，使游泳池的水质保持最佳透明度，并始终达到饮用标准。无论春夏秋冬，风霜雨雪，游泳馆里必须四季如春，池水温度严格保持在25至28摄氏度。这里的恒温系统大多以高温蒸汽为热交换传媒，而汩汩暖流从均匀分布的水口缓缓流出时，并不会造成对池水的干扰和搅动。游泳池的恒温还不仅为了保证运动员感觉舒适，中国宋代科学家沈括在观察漏壶时就发现冬日水涩，夏日水利，科学试验表明，流体的粘滞性随温度升高而降低。水温每升高5摄氏度，粘滞性将降低大约10%。因此不同温度的水会因摩擦阻力不同而影响比赛成绩。不过，如果你要指望到粘滞性较小的30多度热水中打破世界纪录的话，一定会很快引起中暑。梦溪笔谈记述了漏壶夏日水利，冬日水涩的现象而游泳池中所有物理化学指标都接受全自动监测系统控制。在回水管路上，不同的探头能把水的杂质、ph值、温度等参数传给电脑分析，然后准确发出相应的指令。尽管游泳池已经清澈见底，但水花的飞溅和光线的折射仍妨碍对水下动作的欣赏和观察。巨大环形玻璃视窗也许是向水族馆学习的结果。而水下摄像机的安装则不仅延伸了观众的眼睛，也给裁判提供了更多依据。如果早有水下现场摄影装置，1956年墨尔本奥运会上前苏联和匈牙利水球队厮打混战、血洒波涛的事就可以有根有据地提前制止了。因为女性是美丽的性别，花样游泳就成了专为女性设置的奥运会项目。但这些凌波仙子的水上芭蕾却是靠音乐的节奏来协调和指挥的。潜入水下后，空气中的声波被水面反射，完全不能听见。这时姑娘们接受的是来自水下扩音器的音乐指令。不过，她们听到的声音不是通过耳膜传递，而是水中的声波引起头骨的震动，使信号越过外耳和中耳直接传到内耳的耳蜗并被大脑接受。这种骨传导的声音像水晶般的透明，可惜失去了两只耳朵的听觉差来辨别方向，因此就无法达到立体声效果了。花样游泳运动员在水下无法听到空气中的声波人的视觉同样会在水中大打折扣。由于水的折射率为1.33，和人的角膜的折射率1.37非常接近，因此在水中睁开眼睛后，角膜无法完成正常的屈光功能，就会使影像远远落到视网膜后面，如同戴上高度近视镜而变得两眼昏花。游泳运动员在水中使用防护眼镜，不仅为了避免眼球和水直接接触的刺激，还为了确保光线从空气介质射入眼睛，从而获得一个清晰的水下视野。跳水池和游泳池的距离不得小于5米，这里却是一个三维空间的天地。百年以来，跳水设备最大的变化莫过于跳板的改进。1948年，诺曼第人巴克用二次大战剩下的300个铝管制造了一种巴克跳板，使弹跳性能大为提高。此后更坚实轻捷的铝合金跳板接踵问世，让1米板跳水成为可能。如今的跳板大都由木材、合金、玻璃纤维和碳纤维复合制成，具有良好的防滑表面。更轻的材质和更佳的弹性能减少对头部的震荡，并能将身体弹升到足够高度，为空中完成复杂动作赢得了更加从容和宝贵的时间。从跳台上试一俯瞰，会看到水下连续的气泡或水面细小的射流激起轻柔的涟漪，这种造波设备是提示距离的醒目标志。游泳池太透明了恐怕找不准水面，设计者对运动员真可算体贴入微了。 2008年北京奥运会的国家游泳中心水立方也许称得上当代科技与艺术的结晶。来自开尔文气泡构造的灵感，3000多个四氟乙烯薄膜气枕砌起一座华丽建筑，用梦幻般的蔚蓝展示着水的柔情和水的质感。高度智能化的设施处处焕发着科技的光彩。国际奥委会主席罗格称赞水立方为体育界的歌剧院，中国公众则推选她为北京奥运建筑的最佳女配角。谁说现代游泳馆不是体育的奇迹：她有大脑、有神经、有心脏、有新陈代谢、有恒定体温当我们真实感受到这一切时，就会发现她仿佛是一个鲜活而美丽的生命。北京奥运会国家游泳中心水立方上一篇：球场变革始于足下标签：奥运 , 泳池 , 游泳 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|849 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十一）: songshuhui 2008-9-4 14:09; 科学松鼠会发表于2008-01-31 星期四 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。让我们把眼光离开运动场上那些高精尖的前沿科技，去观察一下许多司空见惯的鸡毛蒜皮，同样会发现有趣的知识。体育场馆拾零 2005年6月14，雅典国际田联超级大奖赛传来捷报，牙买加短跑名将鲍威尔以9秒77的成绩打破了男子百米世界纪录。还是这位牙买加飞人，2007年9月10日又在意大利城市瑞提举行的国际田联大赛中，以9秒74打破了自己保持的世界纪录。接受记者采访时鲍威尔说，假如今天的风速再理想些，我准能跑出更好成绩。这是一句大实话。当顺风风速每秒2米时，百米成绩能比无风时快0.15秒。鲍威尔上次打破世界纪录就占了每秒1.7米顺风的大便宜。而美国选手盖伊2007年6月在锐步田径大奖赛中跑出9秒76的成绩超过世界纪录时，却因为当时跑进方向的风速达到每秒2.2米，高于国际田联规定的每秒2米上限而不被承认。真可谓成也顺风，败也顺风了。同样的悲欢也落在跳远运动员头上。1968年墨西哥奥运会，比蒙的世纪一跳8米90就是在恰好每秒2米的顺风下诞生的。直到23年后的东京第三届世界田径锦标赛，美国选手鲍威尔才以8米95的成绩创造了新的跳远世界纪录。但几分钟前美国名将刘易斯就跳出了8米91，更早打破了比蒙极限，可惜当时的风速为正2.90米，因此纪录没有被承认。可见风的作用对田径比赛多么生死攸关。好风凭借力，送我上青云，不少世界纪录是靠着搭顺风车创造出来的。反过来，超过每秒2米的顺风又会将最出色的成绩一风吹。但无人抱怨这一规则的铁面无情。正如西谚所说，风大的时候火鸡也会飞。球类运动项目对风速甚至更加敏感。在奥运会上，大球比赛风速控制在每秒0.5米以下，小球比赛风速不得超过每秒0.2米。2005年羽毛球世锦赛中，许多顶尖级好手都望风皆靡，运动员戏称美国阿纳海姆体育馆空调系统为龙卷风。 2008年北京奥运会新落成的羽毛球馆一改大口径送风的传统办法，将气流分解到观众坐席下的9100个通风口，便是为了确保馆内风速完全达到奥运会规定标准。 1948年伦敦奥运会测量风速如何迅速准确地测定风速，从来是竞赛场上容不得半点含糊的大事。19世纪中期人类发明了鲁滨逊风速仪，将4个半球形的杯按杯口垂直于地面方向，顺次安放在十字形水平支架外端形成杯轮，因为杯的凸面和凹面在空气中的形状阻力差异很大，无论风从何方吹来，都会形成力矩差，带来杯轮沿竖直轴向同一方向旋转。由于对称放置的杯容易彼此遮挡并受另一边力矩的抵消，杯的线速度只能达到风速的三分之一。1926年，加拿大人帕特逊制造了互成120度夹角的3杯风速仪，使杯轮的持续转动力矩明显增大。另一种旋翼式风速仪的翼轮沿水平轴转动，如同磨坊的风车和电扇的桨叶，具有很高的灵敏度和匀速性。此后出现的热丝型风速仪则完全另辟蹊径，用电流将电阻丝加热到环境温度以上，由于不同速度的风对电热丝的冷却作用不同，便可通过测出电压或电流的变化来计量风速了。热线风速仪超声波风速仪今日运动场上常见的超声波风速仪诞生于上个世纪70年代。它的基本原理是，让成对的交换器相互发出和接受超声波脉冲，由于空气是声波传递的介质，气流运动的速度会影响声波传递的速度，因此，通过测量和计算超声波传递中的时间差就可以确定风速的大小。跳远竞赛和百米竞赛分别需要在跑道旁1.22米高度测量出直接影响运动成绩的5秒和10秒平均风速。当美国网坛名将罗迪克以火箭发球频频得分后，球场屏幕和电视上都会同时公布他惊人的发球速度，中国羽毛球选手付海峰一记劈杀，观众便能马上直接看到这个每小时322公里的世界纪录。对球速进行准确及时地现场报告，不仅是运动员的一大刺激点和兴奋点，也是当今各种球类比赛的一大卖点和看点，让观众定量了解运动员的能力和技巧。究竟是一个什么系统在完成此项繁难使命呢？运动场上的测速仪这便是默默无闻蹲在赛场后面角落里的球速测量仪。要了解它的工作原理，不妨先重温一下我们生活中都曾有过的经历。当汽车疾驰而来时啸声尖锐，绝尘而去时笛声呜咽，这种声调的变化是声源运动的结果。发声体的振动使周围空气产生疏密相间的纵波叫声波，开来的汽车能将声波的疏密间隔压得更紧，带来频率增高；离去的汽车却将声波的疏密间隔拉得更开，造成频率降低。于是我们便听到了高低不同的声调，这种现象称为多普勒效应。电磁波比声波的传播快将近百万倍，但同样会产生多普勒效应。交通警察的雷达枪把一束微波射向行驶的汽车，反射回来的微波再被雷达枪接受，通过比较发射波和反射波频率的不同，就能立刻计算出汽车的速度来。运动场上的球速测量仪和交通警察的雷达枪原理一样，不过发出的微波是射向飞行的球，根据接收到回波的多普勒频移计算出球的飞行速度。必需提及的是，交通警察的雷达枪和运动场上的球速测量仪都应尽量放置在运动目标的正前方或正后方，偏离角度越大多普勒效应越弱，测量的误差越大。声音传播中的多普勒效应 2004年美国网球公开赛中，小威廉姆斯在关键时刻的一记漂亮回球被错误判罚为出界，致使对手卡普里亚蒂获胜。尽管司线员明确表示球落在界内而裁判阿尔维斯却不予理睬。这一事件直接促进了即时回放系统的亮丽登场。媒体兴奋地说，如果裁判的两只眼睛无法适应今天的球速，就让高科技的第三只眼睛早日睁开吧！即时回放系统有个绝妙的别名鹰眼，正好出自发明者霍金斯姓氏的前4个字母。鹰眼能在10秒时间内，将球在三维空间飞行的动态轨迹和精确落点展现在大屏幕上，不仅避免了无谓的纠纷和争执，监督了裁判的失察和不公，还给观众带来了新的视角，增加了新的观赏元素。2006年纳斯达克100大师赛中鹰眼系统首次正式使用，运动员每盘有两次机会申请鹰眼仲裁。鹰眼即时回放系统鹰眼为什么能如此明察秋毫又面面俱到？这是一个由10台高速摄像机和数台电脑以及大屏幕组成的系统，计算机将球场上整个立方空间划分为毫米级的测量单元。安放在不同位置和角度的高速摄像机全息捕捉网球运动的基本数据，再通过电脑成像技术，重建与合成网球飞行轨迹的三维图像并显示在大屏幕上。国际网联表示了对鹰眼的高度认同和欣然接纳。网坛巨星阿加西说：在我20年的职业生涯中，这项新技术为网球增添了新的维度，无论对于运动员、球迷和电视观众都是最值得兴奋的事。让我们把眼光离开运动场上那些高精尖的前沿科技，去观察一下许多司空见惯的鸡毛蒜皮，同样会发现有趣的知识。当绿茵场上的足球运动员被踢伤后左盘右旋疼痛难忍时，常会看到医护人员飞奔而来，拿出一只小喷壶往伤痛处喷射一些雾剂，壶里究竟是什么药呢？原来是密闭压力下的氯乙烷。这种液体的沸点为摄氏13度，喷到运动员皮肤上立即沸腾并带走大量的汽化热，使创伤处急剧降温。冷冻能使神经传递速度减缓，冷的感觉能压倒痛的感觉起到局部麻醉作用，并能刺激血管收缩减少出血，难怪这种冷疗常常能立奏奇效了。这里还想关注一个运动场上被熟视无睹的日用品，那就是体操、举重、投掷、攀岩都须臾不可或缺的镁粉。这种白色粉末的真实身份是碳酸镁，许多文献和生产厂家都说，镁粉的功能是吸汗，保持手的干燥，增加和器械之间的摩擦力，以免打滑和脱杠，应该是简明扼要的介绍。然而几乎同样数量的文章指出，潮湿的手摩擦系数更高，例如刚洗过的脚穿进鞋子困难，数钞票时要在指头上蘸水，抡大锤时往手上吐唾沫并造出了唾手可得的成语。而早期的铅球运动员投掷时也确实往手上吐唾沫。因此认为镁粉的作用是通过吸潮减少摩擦力，以免运动员在大回环等动作中磨破手皮。并且反问道如果镁粉仅为了增加摩擦，何不把器械表面做成砂纸？镁粉改善对器械的把握真理毕竟只有一个。实验表明，在平滑的玻璃上拖动一个重物，使用镁粉后摩擦力增大，但在粗涩的橡胶上拖动同一个重物却摩擦力减小，可见镁粉到底增加还是减小摩擦力并不能一概而论。对于镁粉良好的吸湿性从来无人怀疑，但碳酸镁吸水究竟是颗粒空隙间的吸附，还是形成了进入碳酸镁晶格的结晶水？论者又各执一端。最后还得请科学实验出来说话，X射线晶体结构衍射测试表明，镁粉对水分的吸收完全是微小颗粒周围的吸附，这一过程中，碳酸镁分子的晶体结构没有发生变化。看来对镁粉功能合理的解释也许应该是，当手上的汗液形成了光滑的水膜时，镁粉吸湿增加了手和器械表面的摩擦力而防止打滑；但手掌在器械上急剧转动时镁粉又能起到衬垫作用，相当于在中间添加一层小球作滚动摩擦。镁粉同时还填平了手掌的褶皱和纹路，增加了和器械的接触面，将握力变得更加实在和均匀。总之搽粉能改善手对器械的把握，让摩擦力在合适范围内易于控制，使动作更加随心所欲和擒纵自如。高科技大约不屑一顾的镁粉尚且有诸多学问，可见运动场馆的确是个知识密集的地方，只要留心观察，就会发现许多看来简单而实际并不简单的东西。上一篇：泳池哪得清如许标签：场馆 , 奥运 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|930 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十二）: songshuhui 2008-9-3 16:05; 科学松鼠会发表于2008-02-1 星期五 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。在所有哺乳动物中，马的眼睛是最大的，虽然看去炯炯有神，但视力却只有0.6左右并且对颜色十分迟钝。五环旗下的马蹄声（上）马术是奥运会上唯一由人和动物共同参与的竞赛项目。当全世界的名马、上驷、良骏、神驹荟萃一堂，五环旗下震响着清脆激越的马蹄声时，奥运会便因此平添了磅礴气势和龙马精神。那些垂直障碍、伸展障碍、水坑障碍、组合障碍挑战着人与马的技巧、力量和勇气；典雅而华贵的盛装舞步被誉为马的芭蕾，展示了人马之间的神悟默契和灵犀相通；而三日赛是马术的全能项目，考验着人和马的综合素质与绝对实力。现代赛马运动起源于英国，1900年马术就在巴黎奥运会上占据了一席之地，不过早期只允许职业军官参加。直到1952年赫尔辛基奥运会，马术才对平民开放，并逐渐形成了人不分男女，马不分公母的竞赛模式。一百多年来，奥运会始终马不停蹄，著名的美国骑师迈克.普拉姆32年间参加过8届奥运会并接连披金戴银；德国盛装舞步之王让纳.克利姆克52岁上第6次在奥运上夺得金牌；法国驭手多里奥拉在两届奥运会上摘取桂冠。今天的赛马已经发展成为风靡全球、长盛不衰的娱乐和博彩产业链，每年创造价值数千亿美元。亚历山大大帝雕像世上没有任何一种动物像马这样深刻改变了人类文明的进程。马使地球上的距离缩短，加快了社会的运行速度。因为有了马，亚历山大大帝才能离开他的马其顿城堡，建立起横跨欧亚的庞大帝国；成吉思汗才能所向披靡，让西亚和欧洲大地在他的铁蹄下战栗。世界上几乎每一个城市都能看到当地英雄的骑马铜像，而白马王子如果失去坐骑徒步走来，恐怕就很难打动姑娘的芳心。对于中国老百姓，赤兔、乌骓、的卢的故事和秦叔宝、尉迟敬德二位骑马门神几乎家喻户晓，马踏飞燕的绝妙造型更成了今天中国旅游的标志。只有当现代工业迅速发展后，人类造出了更大马力的各种机械，马才渐渐退出了历史舞台中心。今天的马儿们再也不是马上得天下的国力象征，也不再是引车负重的主要生产力，他们渐渐集体跳槽到了体育界和娱乐圈，这一历史角色的根本转变，究竟是马的幸运还是马的悲哀？希腊陶罐上的御马图马在动物王国里被划归哺乳纲奇蹄目马科，而双数足趾着地的牛、猪等则属于偶蹄目。马的起源可以追溯到6000万年前的北美洲大陆，体型如狐狸大小的始祖马从灌木丛林迁徙到广阔平原后，依次历经了渐新马、中新马、上新马和真马等演化阶段。为了适应环境和利于奔跑，马的个头由小变大，短而弯曲的躯体变成平直的流线形，前脚由四趾变为单趾，后脚由三趾变为单趾，从而完成了软肉垫的脚掌向硬角质的单蹄转变。大约200万年前，马从它的发祥地北美完全灭绝，而顺着白令海峡陆桥迁往欧、亚、非洲的分支反倒延续了马的一脉香火。当我们知道马蹄不过是马在其他脚趾退化后硕果仅存的一个中趾，修钉马掌不过是给马在修剪脚趾甲时，不由追忆起马比起人类要早得多的历史。马的进化 2006 年12 月7 日，第十五届多哈亚运会全体运动员肃立默哀，悼念韩国马术运动员金亨七在三日越野赛跨过第八个障碍时落马身亡；2005 年7 月4 日, 英国著名骑师汤姆.哈里迪在跨越第三个障碍跌倒后多处受伤而宣告不治。历次奥运会上人仰马翻的事例不胜枚举。其中原因固然各不相同，但一个总体性的根本原因在于，马的视力天然地限制了它对栏杆与地面空间的准确判断。这还要从马的眼睛功能说起。自然界的动物在遇到危险时一般都有斗或逃两种应激反应，马却只有一种选择，便是逃。看看那些食肉类动物都将眼睛长在脸部的同一平面上，以便向前捕猎，而作为被捕食者，马的一切构造都服从于走为上的生存策略，两只眼睛长在面颊的两侧，这种布局使视野非常开阔，站立不动时也能将周围几乎360度的范围尽收眼底，以防来自任何方向的偷袭。不过除了尾部有个狭窄的盲区，马还会对额前近在咫尺的东西毫无觉察，越是天庭饱满眼距较宽的马，头部的盲点越大。难怪马总要抬起头或低下头来看清脸前的目标了。而周边任何突然的风吹草动都会使马受到惊吓。马的视野和盲区在所有哺乳动物中，马的眼睛是最大的，虽然看去炯炯有神，但视力却只有0.6左右并且对颜色十分迟钝。更加有趣的是，马的视觉能够在单眼模式和双眼模式之间进行转换。一般情况下使用单眼模式，两只眼睛互不打搅，各自独立看到一幅影像；只有需要判断距离时才切换到双眼模式，让两只眼睛集中注视同一个目标，但马的双眼能够重叠的视野仅有30%。我们知道，视觉中的立体感来自两个眼睛的视觉差，大脑将双眼互有差异的影像进行融合，才能分出前后和远近，使平面图景产生深度感。这也是肉食类动物捕猎精准的原因。马的双眼模式功能相对薄弱，因此难以准确辨析立体关系，难怪跨越双重栅栏和在深沟中落地时会勉为其难了。守株待兔中撞在树上的兔子提供了草食动物视觉立体感不强的一个旁证。此外，马的眼睛虽然对微弱光线比人敏感，但从明处突然转到暗处后却不能迅速调节瞳孔大小而惊恐不安。明白了这些道理，便会懂得为什么永远都不是马的错了，而骑手敏锐的距离感、速度感和时间感能够通过准确指令弥补马的视力不足。马的单眼视界和双眼视界 2为双眼模式清晰区，1、3 为模糊区，4为盲区人着盛装，马行舞步，观众常常瞪大眼睛也看不清骑手如何用细微隐秘的动作和马儿交流沟通，更不明白这种服从性、精确性与和谐性是怎样调教出来的。马术能够达到出神入化的境界，其实离不开马的生理基础。最重要的先决条件是马的惊人记忆力，老马识途自不必言，有报道说马能记住人拴它的动作并解开绳结。正是凭着过目不忘的良好天赋，马才能够牢记每个指令的准确含义。马十分善于学习和积累，因此一旦形成不良习性就需要及时用正确程序进行覆盖和刷新。马能够具有可操纵性的另一原因，在于它细腻灵敏的感觉，能够清晰分辨出主人动作的微妙差异。和那些肉糙皮厚、麻木迟钝的动物不同，马的身体各部位如同布满不同的按钮并很少失灵。手和腿是方向盘，脚是油门，缰是刹车，对于训练有素的良马，骑手的一整套肢体语言几乎是世界通用的。所以运动员能够很好驾驭训练有素的陌生马匹。赛马跨越障碍此外，马能站着睡觉，以保持随时撒腿就跑的状态；马嗅觉特别敏锐，能远远闻到熟悉和陌生的气味；马的耳朵能感知人类听觉接受范围以外的声波，并且用竖起与耷拉表达愉悦和沮丧；马没有胆囊且食道、肠子过于狭长，因此容易引发消化道疾患；马的巨大脾脏能在运动时释放足额的红血球，提高供氧能力；马的寿命约30岁，参加奥运会和世锦赛的马匹至少要年满7岁，而马的牙齿则和年龄对应，于是有了马齿徒增的成语。至于马尾巴的功能，则既可护后，又可在奔跑时起到尾舵的平衡作用。马的知识是一本大书，而深入了解马情应该是每个优秀骑师的基本功课。上一篇：体育场馆拾零标签：奥运 , 科学 , 科技之光 , 马术; 个人分类: 奥运|891 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十三）: songshuhui 2008-9-3 16:04; 科学松鼠会发表于2008-02-2 星期六 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。可以预言，100年后的人类社会仍将马照跑。但人和马的关系大约还得调整。五环旗下的马蹄声（下）英国利物浦安翠赛马场旁边的花丛中，长眠着一匹屡建奇勋的冠军马红朗姆。它从1973年到1977年，曾连续在全世界难度最大的英国国家大赛中夺得三次冠军和两次亚军。中国中央电视台记者蔡猛在采访红朗姆的驯马师金基尔.麦肯时问道，听说红朗姆去世后你像失去妻子一样难过？这位70岁的老人含着热泪回答，英国有2500万妇女，而红朗姆却只有一个。此言虽然值得非议，但却道出了骑师对赛马刻骨铭心的感情。1979年英国国家大赛前身患癌症的鲍勃.钱皮恩和受伤后被判了死刑的赛马阿尔丹提尼相濡以沫，人马同心，终于赢得1981年英国国家大赛的冠军。历史上留下了多少美丽、凄婉、悲壮的故事，记述了人和马的生死之交。作为最有灵性的动物，马可以在极限状态时仍然绝对忠于主人的命令，知其不可为而为之，奋不顾身，死而后已。好的骑手对马的感情如同亲子、密友和恋人。英国利物浦安翠赛马场的红朗姆雕像 1956年首次在南半球墨尔本举行的第16届奥运会曾经遇到一个空前绝后的难题，根据澳大利亚的法律，一切牲畜入境必须经过６个月隔离检疫，结果导致该届马术赛被迫另找出路，提前5个月移师北半球斯德哥尔摩举行。为了保护本国畜牧业并防止参赛马匹互相感染疾病，奥运赛马出入境检疫历来都是最严格、复杂而敏感的工程，其动静不亚于接待高级外交使团。马匹的护照比人的护照厚得多。它几乎是一份详尽的档案并附有权威机构的健康证书。入境马匹的空运路线和停靠港要认真选择，消过毒的机舱里有专人护驾，地面接送的特制车辆实行无菌处理并安装监控的黑匣子，到达驻地后严密的隔离、详尽的体检、及时的疫苗注射，全套程序一丝不苟。2008奥运会马术比赛地香港不仅做好了一切准备，还设有最先进的马医院，其中手术室、麻醉室、复醒室、X光透视室等一应俱全，阵容强大的马医队伍随时应对竞赛期间马匹的疾病和伤害，并能通过互联网与各国专家进行远程会诊。赛马的国际运输 2004年雅典奥运会上，爱尔兰著名骑手奥康纳赢得了障碍赛冠军。但赛后的兴奋剂检验中，奥康纳的名马沃特福德水晶的尿样被查出阳性。此后经历了曲折离奇的侦探故事，沃特福德水晶的备份尿样在从巴黎送往伦敦实验室途中失窃，最后在纽约实验室通过血样检查才坐实了这匹赛马服用了氟非那嗪和氯化联苯类药物。尽管苏黎世法庭最后判定奥康纳是出于治疗赛马外伤的目的，国际奥委会仍然决定剥夺奥康纳的冠军地位，于是爱尔兰失去了2004年雅典奥运会唯一的金牌。奥运会的兴奋剂检测对马和人一样严格。香港拥有最先进的兴奋剂检测中心，其技术和设备的精准、权威举世公认，连一小粒盐溶解到游泳池里的浓度也能原形毕现和暴露无遗。爱尔兰骑手奥康纳和他的沃特福德水晶马在2006年香港国际马匹拍卖会上，一匹枣红色雄马以750万港元成交。而多哈亚运会上，7位参赛的阿拉伯王子带去的宝马每匹价值都超过2000万人民币，它们都是出身显赫、血统高贵、历经数百年精心育种后造就的马中之龙。阿拉伯马是活的艺术品，世界许多优良马种都有它的血统。纯血马则是最伟大的杂交马，几乎包揽了当今世界所有速度赛的冠军，1000米跑的纪录达54秒。17世纪英国王室从中东引进三匹名叫达利、高德芬和拜尔利的阿拉伯公马和当地母马交配，今天全世界的纯血马都是这三匹公马的子孙。纯血马培育成功的重要原因是通过赛马中的优胜劣汰进行人工选择，让最杰出的个体传宗接代，另一大原因是严格的封闭式注册管理制度。自从1791年出版了第一本纯血马登记簿，200多年来纯血马家族谱系的档案严格而清晰，小马的出生地点、身体特征、血样标本、父母历次出赛成绩、马主变更相关资料全都一览无余。2001年起开始施行DNA亲子鉴定，确保了纯血马的血统纯正和遗传稳定。优秀的温血马同样驰名赛场，德国的汉诺威马和霍士丹马是跳跃和盛装舞步的天之骄子；法国的塞拉法兰西马、美国的阿帕卢莎马、丹麦的腓特烈斯堡马、西班牙的安达路西亚马、俄罗斯的奥尔洛夫马都满载着各自的骄傲与光荣；而驰骋如风、挥汗如血的汗血马则是土库曼的国宝阿哈捷金马，人们常津津乐道于它的高贵和神秘。当今世界各种名马都有一整套系统而科学的繁育、管理规则，确保了赛马业的可持续发展。 2006年香港国际马匹拍卖会 2006年11月，世界赛马业发生了一次余波深远的大地震。美国奥斯丁的维亚金公司宣布，他们成功克隆了世界赛马冠军查尔马妮的坐骑斯坎普。这匹神马从1984年到1993年连续10届获得冠军，但可惜是匹煽马而没有能力生儿育女。查尔马妮花费15万美元，于2006年8月8日得到了它的克隆后代克莱顿。而世界上第一匹克隆马普罗梅泰是2003年在意大利克雷莫纳实验室诞生的。打从1996年克隆羊多利问世以来，克隆技术已经为世人所熟知并广泛应用。马的克隆同样十分简单。将种马活组织细胞里的遗传物质DNA取出来，移植进抽空了细胞核的卵细胞，再将经过培养后形成的胚胎细胞植入母马子宫，直到克隆马出生。关于克隆得马，焉知非祸的大辩论迄未停息。各级正式的赛马组织坚持只给自然状态下出生的小马上户口，并且认定克隆马将使秩序井然的名马谱系陷入混乱和崩溃。更有反对者出言道，如果克隆马和自己的原版同场比赛，无异于10个乔丹同场打篮球。而克隆马的支持者则认为，百分之五十的冠军马从幼年便忍受宫刑以达到心无杂念的竞技状态，他们的基因不能流传甚为可惜，何况克隆马只相当于正版马迟到的同卵双胞胎而已。查尔马妮的克隆马克莱顿是她的冠军马斯坎普的后代不过赛马业对现代医学的态度已经日益宽容，用马幼年时代取下的干细胞修复关节和肌腱创伤早就不是新闻。美国的绕桶赛已经允许人工授精和试管繁殖的马匹参加，各国生物技术公司目前已克隆了20匹以上的良种赛马，2006年6月5日，美国有千名观众在内华达州观赏了世界第一次克隆骡子比赛。看看英国安妮公主、西班牙皮拉公主、约旦哈亚公主等先后担任国际马术联合会的主席，伊丽莎白女王、查尔斯王子、摩纳哥安德鲁王子和夏洛蒂公主等都是马术高手，而25岁的拉扎.菲利普斯公主已经成为世界冠军，赛马运动至今仍在炫示着它的宫廷起源和王室出身，而诸多现任的西方政要显达都是马术的狂热者，则更彰显了赛马的豪门气息和贵族色彩。 2008年北京奥运会前夕，6位中国马术运动员全部达标，满额取得了东道主国的参赛权。他们是中华民族进入奥运马术比赛的先驱，中国人也从此实现了全部参加奥运会28个大项的完美和圆满。可以预言，100年后的人类社会仍将马照跑。但人和马的关系大约还得调整。不会再像几千年来那样当牛做马，也不会完全成为少数人的奢侈宠物而天马行空，马术终将进一步走向平民，才会有更多人倾听五环旗下的马蹄声。拉扎.菲利普斯公主备战2008北京奥运会上一篇：五环旗下的马蹄声（上）标签：奥运 , 科学 , 科技之光 , 马术; 个人分类: 奥运|1047 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十五）: songshuhui 2008-9-3 16:03; 科学松鼠会发表于2008-02-3 星期日 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。历届奥运会曾经使用过火药、硫磺、树脂、萘、橄榄油、四氮六甲圜做火炬的燃料。圣火不灭历届奥运会最宏大的格局和最壮阔的场景，莫过于举世瞩目的开幕仪式了。这是一个时代人类社会组织能力和文明水准的标志。而点燃圣火则是开幕式的点睛之笔。随着主体育场美丽的火焰冲天而起，奥运之龙便破壁而飞了。难道是原始祖先进行群体活动时围着的那堆篝火，今天仍在奥运赛场上照耀着我们？人类使用火的历史可以追溯到100万年之前，是火启动了人类的全部文明，甚至造就了人类本身。普罗米修斯是唯一因为偷盗而受到顶礼膜拜的英雄，而钻木取火的燧人氏则更加朴素和接近真实。古奥运会风尘仆仆的火炬手在伯罗奔尼撒城邦间宣示神圣休战的消息，现代奥运会的火炬则是1928年在阿姆斯特丹体育场正式点燃的。1936年柏林奥运会后，火炬接力传递便成了每届奥运会的先声和序曲。人们为此倾注了无限智慧、心血和情感，冀望于和平、团结、友爱的奥林匹克精神在全世界薪火相传。 1936年柏林奥运会火炬接力奥林匹亚的赫拉神殿是奥运圣火永远的故乡。高雅美丽的希腊少女在这里用日光点燃第一支火炬，这种古老的取火方式能唤起我们许多遥远的记忆。传说中阿基米德曾经发动希腊百姓用镜子反射日光烧毁敌人的战船，中国人在西周时期便发明了阳燧，崔豹在《古今注》中描述道：阳燧，以铜为之，形如镜，照物则影倒，向日则火生，以艾炷之则得火。今天奥林匹亚女祭司们为奥运会采集圣火的锅，应该是中国古代阳燧的升级版。中国古代阳燧阿基米德的日光武器当抛物线沿着对称轴旋转，就能得到一个抛物面。这便是取火器的几何形状。平行光线经过反射后能被抛物面聚焦，使镜面接收到的辐射能量高度集中。我们知道，太阳从1亿5千万公里外把光线投向地球，大气层顶端与阳光垂直的每平方米面积便接受1368瓦的辐射能，称为太阳常数。由于大气和云层遮挡，阳光来到地面后的照射强度会降低，不同纬度和季节的日照也有很大差异。点燃圣火的镜面必须有足够的采光面积并对准太阳，使焦点部位的温度达到火炬的着火点。这也是为什么遇到阴天圣火无法点燃时，就只能启用晴朗天气预先采好的火种了。从日常生活中的太阳灶到碟形卫星天线和反射式天文望远镜，我们时常能看到大大小小抛物面在仰天张望。而探照灯则把光源放在抛物镜面的焦点上，从而投射出平行光线。圣火采集抛物面今天人类社会使用能量的90%以上仍来自燃烧。不管奥运圣火如何神圣，要在地球上燃烧就必须满足三个要素。那便是燃料、助燃剂和温度，人称火三角。1772年，法国化学家拉瓦锡第一次揭示了火的秘密，提出可燃物质的氧化学说。燃烧是强烈放热和发光的快速化学反应过程，高于着火点的温度使燃料强迫着火，引起分子的化学键断裂，在燃烧区内和助燃剂发生原子间的交换和重组，放出的热量使氧化反应在点火源移走后能够继续自持进行。奥运火炬不能像实验室里的本生灯那样有热无光而应该鲜艳明亮。历届奥运会曾经使用过火药、硫磺、树脂、萘、橄榄油、四氮六甲圜做火炬的燃料，柏林、伦敦、墨尔本奥运会进入主体育场的火炬燃料都选择了金属镁，虽然能发出炫目的光辉，但火星四溅以致烫伤运动员手臂的场面敦促着人们对火炬加以改进。1972年慕尼黑奥运会首次将24%丙烷和76%丁烷压缩成液态装在罐中做火炬燃料，此后液化气成了奥运火炬的上选。其实任何火焰中燃烧的物质都是气态。液体燃烧前必须先行蒸发，固体燃烧则是经过热解后释放出来的挥发成分参加反应。所以风中火焰的形状总是闪烁跳跃、飘忽不定了。按恰当比例完全燃烧的火焰是几乎无色的，正是火焰中的碳微粒如同千万个小小的灯丝辐射出光和热。浓烟则是燃烧中残碳过多的表征。火焰示意图几乎每一届奥运会主办国都会搜索枯肠，奇计百出，让圣火传递不同凡响。除了迈开双腿奔跑，从自行车、独木舟、大篷车、汽车、火车、轮船到超音速协和飞机，从马背、骆驼、狗拉雪橇到跳台滑雪和空中跳伞，奥运圣火跨越千山万水的旅行也几乎穷尽了人类的运载手段。这里至高无上的使命是确保圣火历尽八十一难也不会熄灭，否则就要重新回西天取经了。1976年蒙特利尔奥运会，一场瓢泼大雨浇灭了奥林匹克体育场的主火炬，场地监督布歇耳情急之下掏出打火机非法点燃圣火的故事家喻户晓，这次熄火的真正原因是雨水将火三角中的温度降到了燃点以下。水是比热容仅次于氨的液体，每千克水升高1摄氏度要吸收1000卡热量，而水在100度汽化时吸收的热量是水从0度上升到100度所需热量的5倍，难怪消防部门把水当作最好的灭火材料了。2004年雅典奥运会，帕纳辛纳克体育场的大风吹熄了奥组委官员点燃的全球接力火炬，这是因为火三角中的燃料被风带走而来不及补充。因此火炬设计的基本原则是对火三角的巩固和加强。 1996年亚特兰大奥运会火炬 2000年悉尼奥运会火炬 1996年亚特兰大奥运会火炬采用双火焰结构，燃气从储气罐中出来后兵分两路，一路大火焰在火炬顶端光芒四射并栉风沐雨，另一路小火焰躲在大火焰下面的挡风墙中养精蓄锐和保驾护航，使主气流随时受到小火焰不间断的点燃。2000年悉尼奥运会的火炬以65%的丁烷和35%的丙烷为燃料，利用火焰的回热管保温，克服液态燃料汽化吸热引起的燃料罐压力降低，并用极易散热的金属薄片制成火炬外壳防止雨水在上面汽化。根据测试，火炬在每小时65公里的大风和倾盆大雨中依然会熊熊燃烧。至于每届奥运会特别精心呵护的圣火种子安全灯，也正是营造了最安全的燃烧小环境，将火三角变成了铁三角。悉尼奥运会火炬水下传递水下火炬示意图水下火炬传递是悉尼奥运会大胆而浪漫的尝试，生物学家邓肯在大堡礁海域4米深的水下手擎火炬潜泳3分钟，创造了水火交融的一大奇观。为确保燃气在深水下顺利喷出并形成稳定的燃烧区，燃料罐内必须达到很高的压力，由于水下没有氧气助燃，火炬必须自带氧气和燃料进行预先混合，并点燃主要发光燃料镁。在地面上这种火炬燃烧温度超过2000摄氏度，亮度可达35000烛光。水下火炬的制造工艺虽然复杂，但基本原理并不难进行演示，中国科技大学火灾实验室就曾经重现了火炬在水下燃烧的过程。进入航天时代的人类曾经按捺不住心中的豪迈和冲动，想把奥运火炬传递扩展到太空。1976年蒙特利尔奥运会就别出心裁，在雅典帕纳辛纳克体育场将来自奥林匹亚的圣火直接传递到北美大陆。这是一个特制的传感器用来收集火焰离子的全息信号并将能量进行储存，然后转化为声波信号代码，通过卫星传送到渥太华，再通过地面接收器将这些声波信号解调，最后转换成对应的激光束点燃起火焰。这一高科技手段虽然最近似上帝的礼物但却备受非议，前后仅仅5天的过程有负公众的长久期待，况且洲际间的传递失去了火的实体而只剩下火的信息，未免过于虚无飘渺并偏离圣火传递的初衷。1996年亚特兰大奥运会组织者的构思更现实得多，他们设想把火炬送上航天飞机，但出于安全考虑，美国宇航局只批准哥伦比亚号搭载熄灭的火炬。我们不妨设想，如果火焰真的在航天飞机上燃烧会是何等情景，失重环境下没有冷热气体的对流，火焰将不再是一条稳定向上的火舌，而会变成一团渐次膨大和黯淡的火球。 1996年亚特兰大火炬在肯尼迪宇航中心失重状态下的火焰 2008年北京奥运会火炬的最大亮点，是登上世界第三极珠穆朗玛峰。在海拔8844公尺的世界屋脊，温度常在零下40摄氏度，风速达到10级，含氧量仅为海平面的三分之一。但火炬凭着先进的回热功能，双火焰设计和燃料预混装置，完全能在如此恶劣严酷的自然条件下大放光明。而真正的困难在于火炬手和电视转播人员背囊负重跨越生命的极限，这是一个群威群胆的系统工程。当祥云火炬在地球之巅呼啦啦燃烧的时候，世界将见证奥运圣火传递史上又一个空前壮举。奥运之火天上来，五洲万国走一回。我们不会忘记火是人类文明之源。洪荒时代的人类因为擎起了火炬而和动物分道扬镳，今天的人类格外珍惜奥运火炬的长征，这是千万双手在全世界传递温暖与光明。 2008北京奥运会祥云火炬传递和谐之旅号专机上一篇：冰雪盛会标签：奥运 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|1087 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十四）: songshuhui 2008-9-3 16:03; 科学松鼠会发表于2008-02-3 星期日 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。也许我们总有一天能建造更多环球同此凉热的人工冰雪场，但作为奥运会的半边天，冬奥会大概永远只会在地球高纬度地区的冬季举行。冰雪盛会比起赤日炎炎、热力四射的夏季奥运会，冰天雪地、银装素裹的冬季奥运会别有一番韵致和风光。这里是洁白如玉的征途，晶莹如镜的赛场，断桥危立的跳台，陡峻盘曲的滑道。脚踩冰刀和滑雪板的健儿们驰骋如风、将飞欲翔；驾驭雪橇的勇敢者则创造了陆地极限速度，被誉为冰上一级方程式。1908年伦敦奥运会便首次设立了花样滑冰项目，但早期奥运会夏行冬令的确勉为其难。1924年巴黎奥运会将冰雪项目的比赛提前半年在夏蒙尼举行并称之为第八届奥林匹亚国际体育周，此后被国际奥委会追认为第1届冬季奥运会。当白色奥运从附庸地位到另立门户，五环旗交替飘扬在地球上寒暑分明的两个季节时，奥运会就更加色彩绚烂和充实完整了。要说冬奥会是一种水上运动也不为错，因为冰雪本来是固态的水。尽管地球表面71%被水覆盖，并且有2%的水体以冰的形式存在。我们对于水和冰的认识却仍然相当肤浅，包括人在冰雪上运动的复杂力学关系。 2007年11月9日，加拿大选手沃瑟斯庞在美国盐湖城以34秒03的成绩创造了500米速滑世界纪录，平均速度达到每秒14.69米。而牙买加选手鲍威尔2007年9月9日创造的男子百米短跑世界记录为9秒74，平均每秒10.27米。可以说，滑冰是人类靠着双脚在地球表面上移动的最快方式。 2007年11月沃瑟斯庞参加盐湖城速度滑冰世界杯赛关于滑冰的记载可以追溯到4000多年前的斯堪的纳维亚半岛。将鹿和牛的胫骨、肋骨绑在脚上，这就是冰鞋最早的雏形。1250年，镶嵌在木板上的铁制冰刀在荷兰出现。而1572 年苏格兰人发明的第一双全铁冰刀则是现代冰刀诞生的标志。为什么冰刀不能在水泥、玻璃、钢板上滑行，却能在冰面上翔舞自如、游刃有余呢？许多文章和教科书已经告诉我们，首先由于冰刀的压力使冰的熔点降低，同时由于摩擦生热，导致接触点的冰迅速融化，于是产生了一层薄薄的水膜，在冰刀和冰面间起润滑作用。也有不少科学家始终质疑这一解释，认为仅凭冰刀的压力和运动的摩擦远不足以使冰面融化。近年来的研究已经证实，冰即使在环境温度远远低于熔点的情况下，表面也会形成厚度由几个水分子到几千个水分子构成的液态层，这是因为冰层内的每个水分子都被上下左右其他相邻分子所固定，而表面水分子则只能与下层分子连接，垂直振动速度更快，于是失去稳定的晶体结构，即使在远远低于熔点的温度下也会表现为半液体状态。这一发现的重大意义在于，冰的光滑主要是自身的天然属性，而不是来自外力的作用。冰刀在冰面上滑行示意图滑冰无疑是最舒展流畅、轻盈灵巧的运动，身体蹲屈，两腿交替，蹬冰、收腿、下刀、滑进，运动员流星般掠过冰面，身后留下美丽的弧线。滑行时我们追求最小的阻力，但蹬冰获得动力时，又需要有最大的阻力。因此身体重心所在脚的冰刀长轴必须与前进方向一致，蹬冰脚的用力方向却要与冰刀长轴垂直，靠锋利的刀刃切入冰层去啃冰。和菜刀的刀刃大相径庭，冰刀的刀刃是一个拱形的凹槽。中长距离速滑冰刀要保持较好的直线性，因此刀身较长；短道速滑冰刀的刀身相对较短并较高，以便于在弯道上弧线前进和倾斜度很大时冰鞋不会接触冰面。而冰球运动员左奔右突，花样滑冰运动员翻腾跳跃，对灵活多变的要求胜过对直线速度的要求，因此冰刀的刀身短、刀刃利、刀槽深，前端一排锯齿能够更好控制急转骤停。 1998 年日本长野举行的冬奥会上，速度滑冰的世界纪录几乎全部被打破，接着在2002 年美国盐湖城冬奥会上,所有世界纪录又再次被刷新，导致这场冰上革命的直接原由，便是被运动员戏称为托板鞋的克莱普冰刀。克莱普冰刀克莱普冰刀滑行我们在奔跑和跳跃时，髋关节、膝关节、踝关节的肌群能按照自然顺序协同工作。但在传统的滑冰动作中，由于冰鞋和冰刀前后两端固定，完成蹬冰动作时如果伸展踝关节就会招致刀尖刨冰，轻则增加阻力，重则失去平衡，因此必须控制踝关节跖屈，并将锁踝作为技术要领，这样滑冰就将踝关节肌群的力量扼杀，只靠膝关节和髋关节肌群来干活了。克莱普冰刀的巧妙构思是，将冰刀的前刀托用铰链和冰鞋连接，后刀托可以和冰鞋随时分离。其核心价值在于解放脚踝，使运动员在重心前移时，后刀托与鞋跟自动脱开，于是踝关节、跖关节都可以在蹬冰最后阶段自由伸展，并依然保持冰刀全刃着冰。膝关节力量也因此得以更充分发挥。克莱普冰刀实际上将传统冰鞋足部绕刀尖转动变为绕脚掌转动，身体重臂为之缩短，同时克服了蹬冰时重心主要横向移动的弊端，使身体重心能够纵向前移。统计表明，克莱普冰刀能将中长距离比赛的滑行速度提高5%，平均每圈400米要快1秒到1.5秒。皑皑白雪从来是诗人画家灵感和巧思的源泉，也是冬季奥运会高洁而素雅的底色。而滑雪板则是运动员必不可少的基本装备。人在双脚站立时，对地面的压强约15000帕，行走在积雪没胫的原野上，每一脚都要把松软的雪压实，因此会消耗许多能量而举步维艰。滑雪板将踩雪面积增加了20倍，脚对雪的压强也减少到原来的20分之一，人便被这双大脚板托在雪的表面上而能够畅行无阻了。滑雪板示意图雪的表面也许是地球上最神奇的表面之一，固态、液态、气态的水在这里同时并存相互作用，形成复杂的物理特性。滑雪运动可以看成人-板系统重心转动和曲线运动的合成。高山滑雪是重力势能转化为动能的直接演示，体重大的运动员单位体重受到的空气阻力更小，因此会滑得更快。大、小回转时不仅靠手中的雪杖像船篙一般改变行进方向，更要靠身体倾斜让滑雪板底面和雪面形成一个夹角。高速滑行的边刃刻入雪地后，侧面切削的横向摩擦力和滑雪板边缘相垂直，提供了人体曲线运动的向心力。新型的滑雪板头尾较宽，腰部较细，形如沙漏，施力后会形成一定弧度引导转弯。滑雪板越短，板腰越窄，转动半径就越小，没有弯曲变形的滑雪板是无法转弯的。现代滑雪板能在运动员跌倒后自动脱扣以策安全。而为了减小摩擦和保护滑雪板，打蜡从来是运动员必须掌握的重要技巧。滑雪回转姿势 CM：人体质心 W：重力 Fload：雪面荷载 FN：荷载与重力的法向分力 Flat：荷载与重力的侧向分力 FC：离心力：人体倾角：雪面坡度跳台滑雪是冬奥会中最壮观而刺激的项目。从100多米长的助滑道俯冲而下，37度的陡坡到末段急剧减小为11度左右的缓坡，运动员在起跳点以每小时100公里的速度腾空而起，展开又宽又长的滑雪板飞行约6秒钟，落在90米或120米处的K点。巍巍跳台虽然高达几十米，但运动员身体和地面相对高度却始终不过数米，斜坡的弧度和运动员在空中的抛物线轨迹大致平行。当运动员最后以极小的角度落地时，垂直于地面的冲击力远远小于三级跳远之类的田径项目，何况还有40厘米厚的雪层缓冲，难怪总会是有惊无险的。跳台滑雪既可看成一次人体的下斜抛运动，也可以看成一次飞行物的起飞和着陆。跳台滑雪示意图夏季滑雪跳台如今风行世界的夏季跳台用特制瓷砖和喷水系统建造助滑道的滑轨，用摩擦力极小的弹性发泡塑胶铺设山坡的着陆区。不仅成为跳台滑雪运动员一年四季的训练基地，也成了吸引广大公众的旅游业新宠。 1932年2月普莱西德湖冬奥会的最大危机来自气候的反常，骤然升高的温度导致赛场冰雪消融，不少项目只能勉为其难在溏薄的残雪中进行，让运动员摔得鼻青脸肿。1964年因斯布鲁克冬奥会万事俱备，只欠降雪，在58年未遇的暖冬中，奥地利紧急动用军队从山顶运来2万立方米积雪救场。但开幕式前赛场又遭降雨破坏，一名奥地利滑雪运动员和一名英国雪撬运动员在训练中丧生。可见冬奥会成败的关键是与天气合作。到了1988年卡尔加里冬奥会，摄氏18度的熏风吹化了满场冰雪，致使赛程拖延了16天并搁置了不少项目。但多亏强大的人工造雪机支撑危局，使高山滑雪等能够继续进行。打从1980年普莱西德湖首次使用人工造雪，冬奥会已经开始改变完全靠天吃饭的宿命了。大气中的水在摄氏0度下能以微小尘埃为凝聚核，结晶成六角轮廓、形态对称的美丽雪花。人工造雪便是对大自然降雪机制的粗略模拟，将水进行充分雾化后，通过高压泵和排风扇喷射到寒冷的空气中，让这些细小的水滴迅速结晶。科学家用细菌发酵生成的一种亲水蛋白作为理想的凝聚核添加到水中，不但能使水雾更快、更完全落地成雪，还能使结晶温度上升到摄氏2至3度。早期雪炮喷射出来的雪其实是微小的冰粒，随着科学技术的发展，人工造雪已经越来越接近于自然界的雪花了。美丽的雪花 A 空气 B水 C雾化水 D冰晶 E -2C气温 F人造雪奥运会对人工造冰技术的应用要早得多。1908年伦敦奥运会花样滑冰便在人工冰场举行。1988年卡尔加里冬奥会首次建造了全封闭的室内速滑体育馆。各式各样的人工冰场在当今世界已经随处可见。人工冰场的制冷原理和家用电冰箱大同小异。我们都知道一个标准大气压下，水会在100摄氏度时沸腾并吸收大量热，而沸点为-29.8度的氟利昂在电冰箱内的蒸发器中沸腾同样会带走大量热使冰箱制冷，然后压缩机将低温低压的气态氟利昂变成高温高压蒸汽送进散热器，在这些暖气片中放出热量重新变成高压常温的液态氟利昂并开始下一轮循环。我们不妨把人工冰场看成一个敞开的、摊平的、放大的电冰箱。这里代替氟利昂的制冷剂常常是沸点为-33.4摄氏度的氨，将高压下的液态氨送到冰场水泥层的密集排管中汽化，再将带走的热量散发到外部环境，人工冰场便能地冻三尺了。人们很早就发现在积雪的道路上撒盐能加快雪的融化，试验表明，氯化钠溶液在浓度为23%的共晶点时凝固点最低，为-21.1摄氏度。而浓度为30%的氯化钙凝固点为-51.6摄氏度。因此现代人工冰场更多用低温盐水或乙二醇作载冷剂，流过水泥层网管间接制冷，取代氨的直接蒸发。电冰箱工作流程A,蒸发室 B,压缩机人工冰场剖面图 C,冷凝器实际工艺自然要复杂得多。一层摞一层的冰自下而上涂饰成白色衬底，喷绘出鲜明的场地画线和图标广告，再由8至10层薄冰紧密构成4厘米厚的运动冰面。冰球运动需要较硬的冰场，冰面温度以-5摄氏度为宜，速滑则要求冰面温度在-2至-3摄氏度之间。冰场的热负荷计算，热交换控制和日常维护管理都少不了专门的里手行家。至于那些横空出世的雪橇滑道，也可以视为拉长、卷曲、弯环、陡峻的人工冰场。1600米滑道的水泥结构从底槽到护墙布满了钢铁的末梢血管，千余吨氨水如同神奇的冷血，沿着中心机房伸出的动脉静脉循环不息，维持着这条玉龙零下11摄氏度的体温。计算机网络和几十个传感器随时监控滑道上的微小变化。由于工程浩大和造价昂贵，目前全世界仅有12条人工冰橇滑道。工人在修建雪橇滑道最令人叹服的景观要数阿联酋名城迪拜的超级室内滑雪场了。这个气温高达60摄氏度的火炉国家从来与冰雪无缘，如今却拥有了相当于三个足球场大小的冰雪世界，供千余人同时滑冰滑雪。一片冰心的设计者靠着高科技手段造就了炽热沙漠中的阿尔卑斯。迪拜冰雪世界也许我们总有一天能建造更多环球同此凉热的人工冰雪场，但作为奥运会的半边天，冬奥会大概永远只会在地球高纬度地区的冬季举行。我们的行星因为四季轮回而美丽可爱，冬奥会也是人类在倾诉对大自然的欣赏与感激。上一篇：五环旗下的马蹄声（下）标签：奥运 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|1652 次阅读|0 个评论

看完热闹看门道——奥运中的科学（三十六）: songshuhui 2008-9-3 16:02; 科学松鼠会发表于2008-02-4 星期一 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 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。计算机的应用使体育训练真正从传统的经验型转为定量的科学型，大大缩短了优秀运动员脱颖而出的周期。奥运金牌之路人类自古用金子来体现不朽的价值。奥运会把黄金制成奖牌授予每一届力拔头筹的冠军，于是金牌便标记了一个时代人类自身能力的疆界。夺取奥运金牌是每个运动员毕生的追求和梦想，而奥运金牌得主照例被尊为国家和民族的英雄。这些奥运赛场上啸傲风云的体坛翘楚从哪里来？一百年间，各国体育界和科学界都在不遗余力地探索和追寻，希望解读他们成功背后的种种奥秘。我们常常怀着极大的兴趣，津津乐道于那些不胜枚举的体育世家。被称为欧文斯第二的美国田坛名将刘易斯，父母兄妹都是煊赫一时的田坛英豪；2005年墨尔本体操世锦赛上独得两金两银的美国小将柳金是前苏联体操名将柳金的女儿；日本体操巨星冢员光男的儿子冢员直也2004年登上了雅典奥运会的冠军领奖台；拳王阿里的女儿莱拉接过父亲的拳击手套，成了无往不胜的世界女拳王；威震网坛的大小威廉姆斯是并蒂连根的姐妹花；小巨人姚明的父母都曾担任中国国家篮球队的主力；还有广为人知的陈镜开举重门第，传为佳话的穆祥雄游泳世家。金牌明星宁有种乎？和其他行业相比，体育界的血统论似乎能找到更多的论据。德国科学家格拉姆说：具有卓越运动才能的亲代，其子代拥有优秀运动天赋的概率为50%，并且很有可能超越亲代。女拳王莱拉和父亲阿里种瓜得瓜，种豆得豆，便是对遗传最浅显直白的描述。地球生命靠着遗传保持子代和亲代的相似，维系物种的稳定。人类细胞核中23对染色体是遗传的载体，主要由脱氧核糖核酸即DNA构成，这些神奇的大分子双螺旋长链携带着遗传物质基因,被称为生命密码的天书。亚洲人的平均身高不及欧美，非洲某些地区黑人的红肌比例和最大耗氧量明显高于其他种族，人类的许多运动才能都是与生俱来并无可更改的，没有运动天才就没有优异成绩。众多的杰出运动员并不出于名门之家或体育望族，这并不意味着他们运动天赋的缺失。或许由于遗传的变异，或许来自隐性遗传，站在奥运领奖台上的明星无一例外都从娘胎里带来了争金夺银的本钱。基因是金牌的基本原因。德国著名运动医学家霍夫曼说，人的运动机能60%来自遗传，只有40%靠训练等外界因素制约。遗传是运动的物质基础。另一方面，也正因为遗传的保守是相对的，变异是绝对的，体育成绩才能不断突破极限。关于人类运动能力分子遗传标记的筛选和确定，已经取得了长足进展。科学选材的实质，是培养体育明星从娃娃抓起，把先天条件优越，适合某项运动的好苗子从小甄拔出来，进行一定年限的系统定向培养，让儿童时代的成材可能性转化为比赛年龄的成材现实性。准确的选材是成功的一半，如果选材押错了宝，此后的任何训练都将成为无效劳动。选材的核心是预测，这不是算命而是一整套严谨的科学程序。刚出生婴儿是无法进行预测的。只能根据一定年龄的小选手各项遗传和生理指标进行趋势外推，或通过德尔菲法进行专家评估。其中骨龄检测便是极为重要的一项指标。体操苗子在进行耐力训练人类骨骼发育的过程始于骨化中心的出现，随着骨化区域不断扩大，经过一系列规律性变化，逐渐达到成熟的骨骼形态。骨骼年龄即骨龄，比日历年龄更能客观精确反映儿童生长发育的真实水平。人的手部荟萃了长骨、短骨和圆骨，是全身骨骼状况的缩影。取下一张非惯用手的X光片，依次对13块手部骨的影像进行判读，对照标准图谱确定儿童的骨发育等级，如果骨龄符合或稍小于日历年龄，表明小选手有较大的生长潜力和发展余地。骨龄大于自然年龄2岁以上的早熟儿和提前出现骨骺真性闭合的老少年则培养前途有限。受试者可以隐瞒年龄，却无法掩盖骨龄。此外诸如指纹掌纹形态，都具有高度特异性、遗传性和稳定性，与身体某些运动素质存在对应关系，可以作为选材的参考，这和看手相测算穷通祸福的迷信完全是两码事。骨龄X光片读片位置和读骨顺序当我们为篮球场上巨人如林的阵容惊叹时，不应忘记身高与灵活的统一；体操场上身轻如燕的袖珍型明星具有最小的转动惯量，但需要兼顾动作的幅度和美感；跳高运动员蜂腰鹤膝的颀长身材有利于提高起跳前身体重心高度；举重大力士的体态概括为矮短粗宽厚，使得举铃高度降低，并能用大手牢牢抓杠、大脚建立稳定的支撑面；游泳选手则要求身高腿长、肩宽臀薄、骨盆狭窄、手脚硕大，为了在水中形成截面积最小的流线型体态并增大划水能力；射击运动员更看重沉静稳健的心理素质，反倒对视力不甚苛求。今天奥运赛场28个大项302个小项可以分为不同的项群，每项运动都需要一块独特的料。幸亏天公从来是不拘一格降人才的，世上良驹常有，只待伯乐的科学慧眼了。然而运动天赋再高，如果不能训练有素，就不过是浑金璞玉。训练的原理在于人能够对外界刺激产生适应性反应。加在运动员身上的负荷会打破身体原来的平衡，经历了适应过程建立起新的平衡后，运动素质就得到了提高。大负荷的训练往往趋近运动员的极限，即生理界限和病理界限的临界点。人一般在4岁到17岁之间对刺激最敏感，训练效应最强，最能诱发出身体的运动潜能。因此童子功常常是受用终身的。多年来，许多优秀教练员创造了等长训练、超等长训练、离心训练、间歇训练、循环训练、项群训练等方法。一个重要共识认为竞赛是最好的训练形式，这也是当今世界重大体育赛事日益频繁的原因之一。 1968年墨西哥奥运会后，高原训练受到普遍重视，在海拔2000米的低压缺氧环境下，运动员的心血管系统功能会比在平原地带经受更大考验，红血球的增多能带来载氧能力的提高。仿高原训练器的储气罐模拟高原地区稀薄的氧气比例，运动员背着这种设备训练，能收到身临高原的同等效果。美国马拉松名将萨拉萨尔1981 年 10 月在纽约马拉松赛中创造了当时的世界最好成绩 2 小时 08 分 13 秒，就得益于平时使用这种高原训练器。我们对计算机的最大误解，在于曾经把它当作一个超级算盘，此后才终于正名为电脑。计算机的应用使体育训练真正从传统的经验型转为定量的科学型，大大缩短了优秀运动员脱颖而出的周期。对训练负荷的控制不再凭主观的模糊感觉而凭客观的精确数据，使运动强度、密度、周期更加合理；技术动作的诊断不再仅靠教练的一双肉眼，而靠高速摄像机和计算机将动作捕捉的图像条分缕析，找出最细微的缺陷和不足。一个早期的经典案例是，美籍以色列科学家分析了美国铁饼运动员威尔金斯的动作，发现没有正确刹住膝关节是妨碍进步的症结并进行了有效纠正，使威尔金斯的成绩一举提高3.86米而打破了世界纪录。衣阿华大学研究中心将田坛巨星刘易斯的跳远姿势、重心轨迹和空中动作等数据输入计算机系统，让运动员都能见贤思齐，对照榜样的标准动作修正自己的各项参数。使用电子测速仪进行田径训练贝利1996年亚特兰大奥运会破百米世界纪录的速度曲线 1986年在法国举行的男子排球世界锦标赛上，美国队破天荒战胜雄霸排坛的前苏联队，其中的一大奥秘是靠计算机进行暗算。美国队在分析了苏联二传手扎伊采夫的全部录像资料后，摸清了这位灵魂人物的分球路径，并针对他的技术模式设计出训练软件，使得扎伊采夫临场上的战术意图尽在掌握之中。赛前敌情侦查是计算机的拿手好戏。体操和跳水等项目的创新动作究竟是否可行，已经不必先让运动员亲力亲为冒险尝试。由计算机进行沙盘推演，算出完成动作需要的力量、角度、高度、时间等参数，运动员就能心中有数并量力而为了。计算机仿真训练则能让运动员身处暗室却得到身临雪橇滑道等运动现场的真实体验。海拔1600米的科罗拉多训练中心也是美国奥林匹克委员会的大本营。1976年在蒙特利尔奥运会上败走麦城后，美国体育界痛定思痛，紧急出台的措施便是建立科研和训练合一的体育训练基地。1978年正式挂牌的科罗拉多中心从美国各地选精拔锐，招募了一大批著名的运动力学家、运动生理学家、医生、心理学家和计算机专家，并建造了最先进的训练设施。这里的田径跑道安装了电子传感器，先进的游泳水槽能记录运动员的各种参数，西半球最大的室内射击场使用了激光瞄准装置，体操馆、举重馆的测力台和动作捕捉仪随时左右伺候，自行车训练器将道路坡度、骑行风阻、运动员血压、心率、力量输出和热量消耗等数据自动显示。信息中心则收藏了全世界优秀选手的录像资料。兴建大型体育训练中心，这是理念的重要转变。与一线脱节的个体户式松散科研已经不能担负现代体育训练的繁难使命，整体大于部分之和，集中人财物力建成跨学科、跨领域、成龙配套的训练基地，是实践证明了的成功经验。近年来世界各地先后建立起大而全的训练中心，暗喻着体育界进一步认同了科学的崇高地位。科罗拉多训练中心雕塑科技之光记者在科罗拉多训练中心采访美国女排主教练郎平蓦然回首，百年奥运已从细浪潺湲的溪流变成波澜壮阔的大河。古希腊的神话也变成了今天全人类的神话。我们的孩子从奥运会上认识了许多美丽的国家，在奥运会这个体育联合国的五环旗下，不同文化和信仰的人们多了一条彼此走近的理由。而当科学的光芒照耀体育，明天的奥运会将开出更加灿烂的人类文明之花。上一篇：圣火不灭标签：奥运 , 科学 , 科技之光; 个人分类: 奥运|1176 次阅读|0 个评论

编辑手记——《新探索Quo》是怎么做起“奥运”来的？: songshuhui 2008-9-2 14:18; 徐刚发表于2008-07-28 星期一 14:28 分类: 专辑 , 奥运 | | 《新探索 Quo 》杂志关注奥运话题，绝对是无心插柳之举。大概在今年2月底 3 月初的时候，我们接到了上头的指令，杂志社要配合整个出版集团做几期奥运的话题，我们主编又把这个任务分到了我头上，于是，毫无前兆的情况下，我们就开始准备奥运话题这就是我们杂志，包括我做奥运的来由。定话题很容易，难的是又要奥运又要体现《新探索 Quo 》杂志的一贯风格好玩有趣的科技，激发人的好奇心，还有一点社会时效性。那时候所有的杂志所有的焦点都集中在奥运话题身上（当然现在也是），没办法，只能剑走偏锋了。最先定下来的是鸟巢，鸟巢里的科技含量肯定不用说，那是杠杠的，报道鸟巢科技的媒体，那更是杠杠的平方了，我们就把焦点放在了鸟巢的头顶，做了一篇奥运天气。这还有一个小段子，我们的稿样送到西班牙总部时，西班牙版的《 QUO 》的同事给我们发了一封 EMAIL ，也要联系中方专家做一个奥运天气的选题。能看到《 QUO 》西班牙版的朋友，可以去翻翻 2008 年的 6 月号，里面有西班牙人眼中的北京奥运天气。当主流媒体都集中到夺金运动员的备战时，《新探索 Quo 》把目光集中到了运动员的身体状况，为什么会受伤？受伤了怎么办？好成绩除了运动员本身努力，还有什么因素？这些话题刚好赶上了姚明受伤和法国游泳选手贝尔纳狂破世界纪录，一下子有了社会时效性，话题出炉自然也就顺理成章。做奥运话题，不得不提到我的一个遗憾。我们的 6 月刊本来要出一个珠峰火炬为何不灭的话题，由于 5.12 汶川地震，我们调整了既定选题。等到 7 月的时候，做这个话题已经有点不合时宜，所以只能放弃了。这也算是一个未能完成的心愿。（《新探索》编辑徐刚）标签：奥运 , 新探索 , 科技; 个人分类: 奥运|1106 次阅读|0 个评论

奥运科技专辑(By 科学松鼠会): songshuhui 2008-9-2 14:17; 科学松鼠会发表于2008-07-28 星期一 15:49 分类: 专辑 , 奥运 | | 这里是科学松鼠会奥运科技专辑的总目录。本目录每天更新。伟哥：从床笫到赛场（By BOBO）运动员赛场受伤怎么办？（By BOBO）博闻网：开幕式科技大解密（By 姬十三）奥运会开幕式上用的缶到底是什么东西？（By 赵勃楠）开幕式现场直博一个美国平民眼中的开幕式（By 桔子）天赋体能？－－体育种族文化基因的是与非(连载之五) （By liunianlong）天赋体能？－－体育种族文化基因的是与非(连载之四) （By liunianlong）天赋体能？－－体育种族文化基因的是与非(连载之三) （By liunianlong）天赋体能？－－体育种族文化基因的是与非(连载之二) （By liunianlong）天赋体能？－－体育种族文化基因的是与非(连载之一) （By liunianlong）为了干净的奥运会（By fish）游泳画皮鲨鱼皮四代是不是在忽悠人？（By waterOrO）破纪录，靠泳衣？（By 安婆婆）《新发现》奥运专题系列之四《行的奥运》《新发现》奥运专题系列之三《吃的奥运》运动视觉：给运动员一双火眼金睛（By cobblest）《新发现》奥运专题系列之二《天的奥运》止咳药中为什么含兴奋剂 ? （By BOBO）奥运村的示范效应（By 小如）《新探索Quo》奥运专辑之体坛明星有隐疾《新探索Quo》奥运专辑之破纪录的秘密《新探索Quo》奥运专辑之赶走鸟巢上的乌云《新探索Quo》奥运专辑之编辑手记《新探索Quo》是怎么做起奥运来的？ (By 徐刚) 《新发现》奥运专题系列之一《水的奥运》看完热闹看门道奥运中的科学（系列连载）记者手记（By 张撞鹿）以下文章摘自赵致真著《奥运中的科技之光》一书。经赵致真先生授权，科学松鼠会网络发布。本系列每天更新一篇，经原作者同意，略有改动。序言（竞技体育运动的目标是更快、更高、更强，其中绝大部分都和力学有关）科技伴奥运同行（从某种意义上说，体育的竞争就是高科技的竞争）撑竿跳的变迁（撑杆跳高演变的历史讲述了新兴材料如何将这项古老运动推向峰巅）横杆下钻过去的跳高（明天会不会有新的跳高技术问世还很难逆料）力量的飞翔（无论标枪、铁饼、铅球、链球，牛顿力学始终主宰着赛场上的一切。）让重心一路平安（在许多运动项目里都需要尽量保持重心的匀速直线性。）跑道春秋（和当年的前辈们相比，今天运动员的双脚已经踏在完全不同的地面上了。）运动在空气海洋底部（奥运百年间，我们的无限心血和亿万财富都是为了对付空气而花费的。）漫长的奔跑（马拉松的深刻隐喻本来在于克服距离对信息的障碍）劈波斩浪走蛟龙（游泳时的三大阻力并非一成不变，总阻力基本和速度的平方成正比。）美丽的溅落（离开跳板时只做前后翻滚的运动员却能在此后凭空创造出围绕身体纵轴的旋转。）中流击水看飞舟（船体形状、材质和吃水的湿面积都是工程师殚精竭虑的课题。）直挂云帆济沧海 (当今帆船最高速度已经十分接近于公认的50节极限。) 体操ABCDE (当复杂而高速的空中运动在大约0.1秒间嘎然变成地上完全的静止状态，重力和翻转产生的冲击可达到体重的10多倍。) 靶场风姿 (在枪林弹雨的射击场上，随机干扰因素很多，最宝贵的品格是气定神闲和心无旁骛。) 射箭的弦外之音 (作为高效率的能量转换器，弓能够把70%至80%的弹性势能转化为箭的动能，剩余的能量则变成弓的阻尼震动。) 大力士的运动（举重选手最动人的姿态要数高高举起杠铃的瞬间了，如果说双臂形成的V字象征胜利，那么这种V型姿势确实和胜利大有关系。）自行车源流（自行车只有两个轮子却可以不倒，其中的道理曾引起人们长期的推究。这是一个可控制运动的稳定问题。）从香蕉球说开去（球的旋转必然带来飞行轨迹的弯曲，旋转和曲线共存，这大约可以视为球类运动的一个通则。）话说网球（随着网球拍制作技术提高和头部面积增加，甜区也不断扩大，让当代运动员尝到不少甜头。）羽球穿梭（看来当我们说羽毛球是速度最快的球时，还应该加上一句，羽毛球也是减速最快的球。）乒乓球的前世今生（上）（没有一种球像乒乓球那样，将花样百出的旋转作为常规技术形态和基本杀伤手段。）乒乓球的前世今生 (下) （和21分制之相比，11分制意味着更多的偶然性。）格斗的艺术（一个引人入胜的实事是，左撇子运动员在对抗性竞技中具有不容置疑优势。）软硬兼施的护身术（体育的终极意义在于强健体魄和增进健康，运动中人的安全越来越成为现代文明重要的价值取向。）运动鞋的功勋（今天的体坛明星有福了，许多厂商争相为他们量脚定做独一无二的运动鞋。）运动场上的时间简史（因此哪怕起跑确实在枪响以后，但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。）明察秋毫谈测距（如何更快捷、准确、可靠地丈量距离，是体育运动的持久课题）球场变革始于足下（聚乙烯、聚丙烯草株即使近距离熟视和伸出手触摸都和天然草并无二致。）泳池哪得清如许（2008年北京奥运会的国家游泳中心水立方也许称得上当代科技与艺术的结晶。）体育场馆拾零（让我们把眼光离开运动场上那些高精尖的前沿科技，去观察一下许多司空见惯的鸡毛蒜皮，同样会发现有趣的知识。）五环旗下的马蹄声（上）（在所有哺乳动物中，马的眼睛是最大的，虽然看去炯炯有神，但视力却只有0.6左右并且对颜色十分迟钝。）五环旗下的马蹄声 (下) （可以预言，100年后的人类社会仍将马照跑。但人和马的关系大约还得调整。）冰雪盛会（也许我们总有一天能建造更多环球同此凉热的人工冰雪场，但作为奥运会的半边天，冬奥会大概永远只会在地球高纬度地区的冬季举行。）圣火不灭（历届奥运会曾经使用过火药、硫磺、树脂、萘、橄榄油、四氮六甲圜做火炬的燃料。）奥运金牌之路（计算机的应用使体育训练真正从传统的经验型转为定量的科学型，大大缩短了优秀运动员脱颖而出的周期。）后记标签：专辑 , 奥运 , 新探索 , 科学松鼠会 , 科技 , 科技之光; 个人分类: 奥运|922 次阅读|0 个评论

7月26日将永载松鼠会史册: songshuhui 2008-9-2 14:14; 桔子帮小帮主发表于2008-07-31 星期四 8:40 分类: 健康 , 医学 , 奥运 , 生物 | | 相关链接： 7月26日那天到底发生了什么（By 小姬） 7 月 26 日将永远载入松鼠会史册。这一天， Yami 申请变成松鼠（未遂），松鼠会首脑一干人等在密闭食店聚众烤鱼。鱼据说没有吃饱，倒是全体被一氧化碳喂饱了，差点断送了中国科学普及之未来，也差点让桔子失去了组织。首脑们在北京一氧化碳中毒的消息通过互联网迅速传遍祖国各地及传到地球对面的美国，他们的头痛恶心都牵动着众人的神经。猛犸在回顾这一天时语重心长地说：腐败也是有风险的。医生李清晨特命桔子笔录 7.26 事件始末，他的专业贴请见论坛（呃，他还没有发）。束手就擒吧，一氧化碳花开两朵各表一只，松鼠首脑安危暂且搁置，话说一氧化碳（ CO ）乃三无气体（无色无臭无味），身轻如燕，标准大气压下一升只重 1 克多，勉强溶于半浴缸 44 升水。是美国国家消防协会记录在册的危险分子，出入需佩戴图一所示标牌（看不到的这里请:lh3.ggpht.com/comosum/SJEIz2T6wVI/AAAAAAAAAEE/f57zkBqG46s/ co.JPG?imgmax=512 ）：蓝色代表害人程度，专营麻醉甚至能毒死人的氯仿是 2 级，要犯 CO 达绝顶 4 级（个别记载为 3 级）；红色即纵火倾向，同样具最高可燃性，竟在汽油之上。历史中， CO 于 1776 年第一次在实验室被抓获归案，却被当成氢气（ H 2 ）一直烧了近 25 年，原因是发现它的那位法国化学家犯了我中学时常犯的错误仅凭燃烧时呈现蓝色火苗便错将 CO 当 H 2 。 1800 年英国人正式八出 CO 阶级成分为 C 与 O 。半个世纪又是转瞬一挥间， CO 毒性被彻底揭露，为此一条无名的英雄小犬献出了宝贵生命，它的血液随生命终结绽放出绚丽的特征性樱桃粉色，这是专门携带氧气的血红蛋白（ Hemoglobin ）惨遭 CO 绑架变成碳氧血红蛋白（ Carboxyhemoglobin ， COHb ）的结果。人体中 CO 由血红素（ Heme ）降解产生，含量极低却行使传递神经信号的重要职能。正常大气中约占 0.00001% ，即使在其主要来源的火山气体中也只占 0.01%-2% 。 2004 年 CO 接受正规劳动改造，获美国食品安全局许可摇身变做食品密封保鲜业之第一气体。同 1846 年牺牲的实验小犬一样，肉食中的肌红蛋白也由于捕获 CO 而永葆粉红欲滴，并免遭与 O 2 结合再被氧化为褐色的厄运。以下内容未成年人须有家长陪同观赏如同氰化物、砒霜等历史悠久的毒药， CO 也曾是人们自杀首选。在汽车尾气净化器面世之前，摩托车排气中 1/4 为燃料不完全燃烧生成的 CO ，只需趴在排气管道口即可施行自杀。现代净化器去除了尾气中 99% 的 CO ，传统自杀方法即难度加大，几近失传。警告终止 CO 作案过程回放 2008 年 7 月 26 日晚八时许，就在松鼠们聚精会神钻研烤鱼蛋白如何变性时（现场直播请看这里： http://songshuhui.net/forum/forum-4/topic-128/page-1 ），凶犯 CO 已于无色无臭间弥漫于空气之中，并潜入各位松鼠的中央神经系统和血液。松鼠体内越来越多的血红蛋白和肌红蛋白被 CO 傍上了。血红蛋白（ hemoglobin ）是血液中的运氧小抓车，一车能抓 4 颗氧，就顺着血流将不易溶于水的 O 2 分子抓到身体各处去干活。但是 CO 却比 O 2 容易抓 240 倍，跳上车就挤了 O 2 的位置。更过分的是， CO 到站还赖着血红蛋白不走，并纠集同车 O 2 一起不走，于是没人下车干活，松鼠们体内各组织缺氧。肌红蛋白（ Myoglobin ）被 CO 纠缠的原理与血红蛋白大致相同，后果是心输出量减少并造成脑缺血，松鼠们的大脑缺氧加剧了。他们开始头痛、恶心、气短、心跳加速根据作案时间和松鼠病情，桔子推断现场 CO 浓度大致为 0.01-0.04% 。庆幸的是受害松鼠中毒记录中并未查到任何昏迷迹象（通常，严重后遗症只伴随昏迷而产生），否则智力受损，还需烦劳众读者给松鼠科普。当晚甚至第二天早晨，松鼠中还有零星的头痛报道。这是由于叫 CO 下车（车：血红蛋白和肌红蛋白）实在太难了，需要许许多多清新空气逐渐把小抓车从 CO 手里抢出来。有的时候肌红蛋白慢慢放出 CO ，会被血红蛋白再傻乎乎地半路劫走，于是更加延长了身体恢复的时间。中毒小贴士：要达到 7.26 事件中松鼠中毒同样标准有多种途径：可降低 CO 浓度并延长暴露时间；或将 CO 浓度加大，则短时间即可生效。不给 CO 作案以可乘之机 CO 是有犯案前科的。 1921 年的《美国眼科杂志》记载了这样一桩鬼屋事件，夫妇俩搬入新居，却开始频频头疼恶心，并听到奇怪的脚步声、夜里看到神秘黑影。可怕的是，这幢私宅的前主人也曾有如此的闹鬼体验。科学是伟大的，那是一个人们开始不相信有鬼的年代：原来，壁炉破损，该走烟囱的毒气全部灌在了屋里鬼屋竟是 CO 屋。然而时至科技发达的今天，美国每年仍有约 4 万人因 CO 中毒而就医，其中大部分由在不通风的室内燃烧燃料造成；在中国的灯红酒绿下，松鼠们又被 CO 骚扰。当时有人对我自称去急救了。我害怕了。幸好有猛犸沉着地说：告诉他们放松，进氧舱就没事了。当然事后真相大白，据说中毒松鼠当时正在路边晾着自己疼痛的脑袋吃着沙冰，阅读我焦急的短信笑做一团。请当事人偷偷抚慰一下我受伤的小心灵不过话说回来，松鼠们和猛犸是对的。奥运期间不能在户外吃喝，不管欣欣然或硬着头皮，我们还是要支持这个决定。在室内用火不可避免时，请给 CO 飘出房间的自由；如果怀疑自己被 CO 缠上，赶紧出去透透气吧；实在不行，像猛犸说的，放松并求救于医生。（如果对吃饭的室内环境没把握，您最好别给自己添乱了）我告诉实验室希腊人，我要紧跟美国小树丛总统的脚步回到北京去啦，她说：相信我，北京会像过节一样的。我希望这过节一样能将所有人的委屈和不快一笔勾销，希望大家身体健康。标签：化学 , 医学 , 奥运 , 生物; 个人分类: 健康|1040 次阅读|0 个评论

运动视觉：给运动员一双“火眼金睛”: songshuhui 2008-9-2 14:12; cobblest 发表于2008-07-31 星期四 20:09 分类: 专辑 , 奥运 | | 国家乒乓球队的队员郭焱和曹珍在这个休息日去了一个特别的地方。郭焱在一个女士的指导下，喊着上，上，下，上可是那位女士所指的不是通常见到的 E 字板，而是一个个的灰色圆圈。有些圆圈上画着明暗的条纹，条纹会越来越浅，分辨的难度也越来越大。她可不是在测视力，而是在进行光敏感度的视觉训练。郭焱说：乒乓球就是来回眼球旋转速度比较快，因为球的速度比较快，所以眼睛一定要到位。因为我本身眼睛视力不是特别好，所以需要一些这样的训练帮助我。（视频）奥运前夕，强生公司成立的奥运成就视觉中心，就是这样一个提供运动视觉测试和训练的场所。运动与视觉技能是密不可分的。对于普通人来说，良好的视力是维持日常生活和工作的重要前提。而对于运动员来说，高超的竞技水平更是与出众的视觉技能息息相关。传统的视力检测只能评估静止状态下的视力状况，以确定是否需要视力矫正。在过去的十年间，许多研究表明，如果视觉信号传递不够准确迅速，就会影响大脑的判断从而使身体的反应性下降，导致无法最大限度地发挥竞技水平。过去，人们以为只有射击一类的运动才要求运动员有非凡的视觉能力。现在，大家意识到，几乎所有的运动项目都需要良好的视觉能力，而且他们的要求也各不相同。例如在棒球比赛中，如果你的眼睛只能看到静止的棒球，而不能准确跟踪高速运动的球的轨迹，是不可能发挥你所有潜能取得好成绩的，因此要求运动员有良好的动态视觉、视觉跟踪和深度感知的技能 . 而高尔夫球和网球又有所不同，由于球在运动中的状态不同，高尔夫选手需要具备深度感知技能从而准确地判断出球的距离和速度，而网球运动员则需要卓越的动态视觉和视觉跟踪技能以时刻追踪快速运动中的球。随着西方体育运动产业的兴起，视觉领域也产生了运动视觉（ sport vision ）这样一个全新的学科。它的目的就是包括评价和提高视觉表现力，对视觉问题进行诊断，并提供必要的视觉训练帮助。运动视觉最早起源于 1886 年， Sears, Roebuck 和 Co 开发了第一个用于销售的运动眼镜。运动眼镜的开创给 Salvoc 安全镜片带来了广阔的发展空间。 1972 年，更加安全的 CR39 塑料眼镜投入生产，到 1980 年，更加先进的聚酯镜片出现，运动镜片可以更好的提供保护，也更少带来麻烦。 1945 年之后，当隐形眼镜更加被广泛使用的时候，患有眼疾的人们可以参加那些不允许佩戴的比赛项目了。最近 20 年，激光校正手术对于运动视觉治疗产生了很大的影响。以高尔夫球手泰格伍兹为首的很多杰出的运动员都从中获益。至此，人们也越来越重视视觉在运动中所起的重要作用了。运动视觉给体育带来了很多新的裨益，它极大地扩展了人类在体育领域的疆界。要知道， 30% 的运动员都存在一定的视觉问题。 1992 年奥运会的统计数字表明：大约只有一半的运动员曾经接受过眼科检查，其中四分之一的人患有眼疾。 1994 年冬季奥运会的数字表明： 58% 认为视力很重要的运动员从来没有参加过视力检查； 19.59% 的运动员佩戴有眼镜，尽管其中 94.3% 的人拥有隐形眼镜，但只有 3.2% 的运动员将它运用到运动比赛当中； 12.5% 的运动员单眼有眼疾， 4.6% 的运动员双眼都有问题。也就是说，很多运动员都是带伤上阵，可想而知在诸多的运动比赛中，眼神儿不好得带来多大的阻碍。如果运动员的视力问题得到更好的解决，或许他们在运动领域的成绩会随着更加敏锐地眼光而产生新的奇迹。运动视觉具体都有些什么？在运动视觉中心，科学家们首先要给运动员进行多项视觉和技能的评估测试：动态视觉（ Dynamic Vision ）是你能够看清楚运动中的物体的技能。比如这个守门员能够象观察一个静止不动的足球一样看清面前这个飞速而来的足球，就仿佛时间在瞬间停滞一般。视觉跟踪（ Eye tracking ）是你的眼睛能够跟随球的能力，无论这个球运动有多快。与动态视觉不同的是，视觉跟踪赋予你追踪物体运行轨迹的能力。视觉聚焦（ Eye focusing ）是焦距快速而准确地在不同距离的物体间转换，就象刘翔能够快速而准确地看清不同距离的 11 个跨栏。周边视觉（ Peripheral Vision ）注视一个固定物体的同时也观察到超出眼角范围的周边的人或事物，这也许就是姚明在双人包抄难以进攻的情况下，能迅速找到莫里斯妙传助攻的小奥秘。融像灵活性（ Fusion Flexibility and Stamina ）在高速运动或各种生理压力下，保持双眼协同作用。比如体操运动员，在一连串的翻滚动作中，双眼仍必须保持协调运动，使两只眼睛分别看到的物像能够有同步性，从而确保大脑能将分别从两只眼睛获得的图像融合加工成一个映像。深度感知（ Depth Perception ）快速而准确地判断物体距离和速度的视觉功能。这一视觉技能帮助跳水运动员准确判断水面距离和落水时间，为准确完成空中及落水动作提供时间和空间的依据。视觉化（ Visualization ）用心灵的眼睛或者想象力去描绘事件的能力。研究表明，当人们想象自己进行某一项活动的时候，大脑并不能区分想象和实际表现之间的差别。视觉化可以增强运动员的自信心，并且更好的帮助运动员达成运动目标。眼手协调力（ Eye-Hand cooperation ）是一种在球类运动中必不可少的技能，要求运动员在观看和触及物体对象时作出准确的一致反应。比如乒乓球比赛中，运动员就被要求对于飞速旋转的小球不仅看的准，更能打得准。眩光对比敏感度（ contrast sensitivity ）是人们对于对比度变化的敏感程度，也就是说，人们能从一个比较模糊的背景上去知觉一个物体的能力。随着人们年龄的增长，人们能从白色背景墙上区分灰色暗影或者从浅灰色背景上辨别白色物体的能力有所下降。这么多精细的视觉指标，当然不是随便拿点棒子纸片就能测得准了。现在已经有很多测试仪器可用来测定一个人的视觉技能。这些测试方法形式各异，有的系统测试以电脑评测为基础，也有的测试可能使受试者大汗淋漓，它们绝对有别于平常的视力检查，而是真真正正的视觉赛前训练。在这里，你可以看到很多长得很可爱的测试仪器。或者，你也可以身临其境的去奥运成就视觉中心体验一下。正如运动员为比赛进行身体其它部位的训练一样，运动视觉专家根据这些测定方法，能够给运动员提供评定视觉技能并找到其视觉技能的弱点进一步提高的方法。就象竞技运动中身体的其他部位的肌肉需要训练一样，眼部的肌肉也应该得到专门的训练。这些训练管不管用呢？据说还是挺有用的。举几个老美的例子：美国职业高尔夫球手 Val Skinner 访问她的验光师，抱怨有知觉问题。在一系列的视觉训练之后，她连胜了好几个赛季，最终成为 LPGA 的顶级球员；在一项研究中，发现一队职业篮球队员的自由投篮成绩在连续 20 天的视觉化训练后提高了 23 个百分点；著名的 NBA 球员 Kiki Vandeweghe 从童年起就有双眼协调的问题。通过视觉训练，他以 26.9 分的成绩在 1986 年 -1987 年获得了联盟的头牌射手；美国排球队的很多队员都接受视觉训练。 Steve Salmons 和 Rich Duwelius 在训练后获得了 25-30% 的成绩提高。在中国，运动视觉还是相对新鲜的事物。希望在眼科医生和运动视觉专家的帮助下，能帮助我国健儿取得更好的成绩。节目预告：下一节，我们为您介绍运动中的隐形眼镜。看看这个神奇的小玩意是怎么帮助运动员克服天气和空间的重重阻隔，用清晰的视界去创造新的世界纪录。标签：视觉，奥运; 个人分类: 奥运|1013 次阅读|0 个评论

天赋体能？－－体育·种族·文化·基因的是与非(连载之一): songshuhui 2008-9-2 11:03; liunianlong 发表于2008-08-7 星期四 1:15 分类: 奥运 | | 这是一个关于关于体育社会学和体质人类学的综述，涉及到体育、种族、文化和基因、兴奋剂的多个方面，共20000余字，将分4-5部分连载完毕。引用的文献资料列于文后的拓展阅读部分，基本上按照在文中出现的顺序排列，但因为作者对资料数据有所编排，故未注明标号。作者已经确保所有引述的资料来源可靠，如有疏漏，敬请谅解并指出。引子日薄西山时，在起伏的山丘间，不时可见结伴而行的长跑队伍，余晖洒在黝黑的肌肤上，拉出一道修长的影子，时而拖在身后草尖，时而投射在峡谷对面的崖壁上。这是肯尼亚西北小镇埃腾的经典场景。一个只有区区4000居民的弹丸之地，却因为诞生了大批长跑世界冠军而蜚声体坛。坐落在附近的圣帕特里克高中更是被誉为冠军摇篮，从这里走出过40多位世界冠军。很多的长跑好手来自冠军之乡的贫苦人家，他们亲眼看到邻居因为体育而家境好转，遂而走上了长跑之路。对于他们来说，长跑几乎是改变贫穷的唯一出路，而发生在身边的鲜活事例，也不断给他信心和激励。自古以来，埃腾人的交通基本靠跑，跑步早已融入他们的生活，成为必需的那部分。在肯尼亚，长跑和人类的历史等长。作为人类祖先最早的聚居地之一，600万年前的肯尼亚高地已经活跃着双足动物的矫健身影。他们在高地草原简单求生，鬣狗可能是最大的竞争对手，因为两者都以长跑和耐力竞争猎物。当都市人等待上二楼的电梯时，可能难以想像人类远祖的耐力极限，更难以置信的是，这种能力可能仍然隐藏在我们的骨髓之中。墨西哥的拉拉木里人可以奔跑上百英里，追逐野鹿直到对方疲惫；肯尼亚高地部落的长跑才能至今仍然令人惊叹。斗转星移，肯尼亚凭借得天独厚的自然条件和深厚的长跑文化，成了炙手可热的长跑圣地。独特的非洲风情也吸引了无数的游客，一路陪伴着这些游客的，总有挥之不去的两个要素：壮观的峡谷景观、以及无处不在的长跑选手。散布在东非大裂谷两侧的几十个训练基地规模不等，设施简陋是最大的共同点，但是世界各地的长跑运动员仍然趋之若鹜。2007年2月，中国田径队就曾在此集训，备战当年的大坂田径世锦赛。在山间随处可见的矫健身姿中，不乏周身名牌的欧洲人士，更多的则是赤脚上阵的本地青年。他们中的很多都还不是专业运动员，但追逐世界冠军的梦想却从未动摇。在等待伯乐慧眼识珠的过程中，一切设施都只能就地取材，不过在他们看来，现有的一切都恰到好处：时隐时现的山间小路就是跑道；松软适中的泥土就是绝佳的运动跑鞋，踩上去温软而富有弹性。面对竞争对手的奢华装备，他们从未有过妄自菲薄，他们知道：这些运动员千里迢迢赶来这里训练，肯定是在这里找到了他们所需要的东西。虽然说不出肯尼亚的具体优势，但他们显然已经意识到，土生土长的自己早已占尽先机。和可以共享的自然环境不同的是，他们坚信自己拥有任何名牌鞋履所不能赋予的优势－－东非血统。如果足球是黄色这股看似狂妄的自信力并非夜郎自大，几十年来东非运动员在长跑领域的杰出成就铸就了他们的民族自信，同时也是动力之源。不包括障碍赛和公路赛，男子室外3000米以上的中长跑世界纪录共有15个，埃塞俄比亚和肯尼亚这两个东非国家囊括了其中的11项。2004年男子3000米障碍赛的前20名有13名是肯尼亚选手；他们同时也囊括了2007年的大坂世锦赛该项目的前三名；毫无意外地，该次世锦赛上男女马拉松赛的冠军头衔也未旁落。虽然同样受过东非高原的洗礼，却只能在30名之后才能见到中国选手的身影。今年4月结束的柏林半程马拉松赛上，肯尼亚选手再次包囊男女冠军，保罗科斯盖创造了今年男子的第二好成绩，最好成绩则归属早前的埃塞俄比亚选手。运动场上的荣誉不仅限于东非，在为数不少的体育项目中，黑色都位于成绩的顶峰。男子百米跑道是最不缺乏注意力的项目，而这里已经被黑人把持多年。1984-2004年的六届奥运会上,男子百米决赛起跑线上的48名选手,都是清一色的黝黑皮肤。2007年在安曼举行的第17届亚洲田径锦标赛，给全亚洲人们送来了一份大礼：卡塔尔选手弗朗希斯成为首位男子百米跑进10秒的亚洲运动员－－可惜，他也是黑人。黑色旋风掀起的运动狂潮，早已突破了跑道的限制。拳击项目一直被视为最具男性魅力的活动之一，从1937年到1964年之间，8位重量级拳王中有6位是黑人，拳击几乎成了黑人拳王的友谊赛－－虽然只是拳头下的友谊。如果说拳击场上的个人英雄主义尚不具有足够的代表性，请移步球场。在以团队精神著称的大球项目中，黑人的成就同样令人叹为观止，他们不仅占据了现役NBA球员的七成以上，而且为我们奉献了最伟大的乔丹和数不胜数的精彩画面。篮球场上的空中技巧让人炫目，黑色礼花不断绽放；足球场上，黑人同样呼风唤雨，足底生花。绿茵场上黑人的驰骋宣威，只有白人足以与之比肩，难道这就是足球由黑白两色组成的原因？如果把足球改成黄色，黄种人可以有更大的作为吗？巧合的是，在黄色的乒乓球项目中，黄种人恰恰占据了绝对优势。他们也在羽毛球、射击、举重、体操等项目上占得一席之地－－如果不是占据绝对优势的话。在很多人心目中，体育版图被清晰地分成了三大色块，各有阵地，互相渗透。分析过大量竞赛数据后，我们不得不承认，不同人种的竞赛成绩确实存在明显差别，不过情况和我们的直观感受有所差异。在大局面上占据绝对优势的是白人，他们是大多数竞技运动的中流砥柱；黑人和蒙古人选择性地参加一些项目，并在某些项目中拔得头筹。问题是，体育项目的种族优势，在多大程度上由肤色决定？对于这个问题，人类学家的好奇心并不亚于芸芸众生。人种正是人类学一以贯之的研究课题。人类学命运多舛，更曾误入歧途：在诞生之初，西方研究者着眼于原始部落，只为证明本族群的优秀。这种研究理念如今早已如弃敝履，但族群间的差异仍然是重要的研究课题，这些组成了人类多样性的重要部分。肤色似乎是种族间最明显（虽然并非最大）的生物差异，以致成了我们名片上一个抹不去的重要头衔。因此体育场上的肤色差异，很自然地在人们心中烙下了深刻的烙印。关于如何认识这种差异，华南师范大学体育学院教授胡小明说：在早期以体能为主的竞技项目中，黑人和白人占据绝对优势；黄种人则主要在侧重技能的竞技项目中取得较好成绩。体质人类学家试图以数据为基础，揭开这些体育项目的种族优势之谜。人类学和运动生理指标足以牵起体育和种族之间的红线吗？毫无疑问，运动员个体的竞技成绩显然和体质有关，而体质可以通过若干检测指标来量化，似乎是一个含义确定的研究对象。很多体质人类学家认为，种族之间的多项平均生理指标差别颇大，种族体质正是体育项目中种族优势的重要原因，或者至少是部分地。新生儿提供了最直接的证据，他们本是一张种族的白纸，被认为是说明种族之间先天体质差异的有利证据。弗里德曼Freedman早在上世纪七十年代就注意到，新生儿的运动力、肌肉弹性、情绪反应存在显著种族差异，而且也无法解释为胎教（如果真的存在胎教的话）的影响。例如，相对于高加索和美国人混血新生儿，中国和美国人的混血新生儿不轻易受噪音和运动的干扰，能更好地适应新的刺激和环境，并更快地自我安静下来。类似的数据大量存在于加拿大科学家菲利普洛旭庭在《种族、演化和行为－－生命历史的远景》一书中。他对不同人种的体质差异做出了总结性的描述：相对于其他人种，黑人的臀部较窄，肩膀较宽，四肢更修长，脂肪更少（我们知道，这些特征都有利于身体的散热）。而相对更多的肌肉则像一匹大排量发动机，为身体提供了强大的动力保证。其它数据指出，黑人不仅动力强劲，而且肌肉中的快肌纤维比例更高，这就使得黑人在速度类项目中占据了绝对优势－－我们都知道，百米短跑的多数里程都是靠无氧呼吸来提供能量。马力强大的肌肉发动机，还需要与之匹配的骨骼变速器。成年黑人骨骼中的无机质含量更高，平均密度比白人高出一成，因此也更为坚固。当在黑人血液中发现更高浓度的睾丸激素（比白人和黄种人高出3-19%）时，这些全身性的生理特征都变得可以理解。众所周知，正是睾丸激素导演了男女两性的分野，它是塑造男性阳刚躯体的总工程师，强硬有力是它的工作作风，它倾向于形成更多的肌肉。类似睾丸激素的合成分子也是早期兴奋剂的主要有效成分，急功近利的运动员们以此来增强体力，提高成绩；同时也加厚自己的声带，摧毁自己和体育的尊严。如果黑人真的拥有天然的兴奋剂补给，当我们面对自己的糟糕战绩时，似乎可以少些羞愧。不过，黑人的这种先天特质并不在所有运动项目中占优。修长的四肢显然不是举重的最佳体型，长长的四肢需要克服重力做更多的功，虽有高比例的快纤维提供爆发力，却仍旧得不偿失。黑人还存在着一个众所周知的弱项：游泳。黑人很难在游泳项目中出类拔萃, 常见的推测是，较大的密度、较少的脂肪、以及较小的胸腔限制了他们在泳池中的表现，在克服浮力和屏气的问题上，他们需要花费更多的精力。这个解释同样看上去完备而且令人信服－－至少到目前为止。看来，将体育的种族优势解释为体质差异，似乎是最为直观，而且也能站得住脚。所以，就算将足球刷上黄色油漆，郑智也不会因此成为英超巨星；就算没有黄色的王后，黄种人也占据了国际象棋的半壁江山，他们甚至还握住了所有的围棋子。鉴于种族体质的现实差异，以及现代竞技体育过分追求的体能竞争。很多人忧心忡忡，他们认为，从民族体育内吸取营养，将是现代体育保持鲜活持久生命力的必经之路，当新的文化注入之后，体育的种族优势将被大大稀释。问渠哪得清如许，为有源头活水来。标签：奥运，体育，种族，基因，文化，进化，肤色，兴奋剂，统计学，相关性; 个人分类: 奥运|944 次阅读|0 个评论

天赋体能？－－体育·种族·文化·基因的是与非(连载之二): songshuhui 2008-9-2 11:03; liunianlong 发表于2008-08-8 星期五 1:27 分类: 专辑 , 奥运 | | 统计学的玩笑？当种族和体育试图联姻之时，另有人却拿着大剪刀随时准备棒打鸳鸯。后者的证据是，体育成绩上所谓的种群差异，根本就是子虚乌有，数据假象迎合了人们趣味，从而掩盖了真相。视觉刺激往往比数据更让人印象深刻，直观感受常常排挤掉理性思考，金牌的耀眼光芒足以将理性和冷静拒之千里。体育对数字和纪录的狂热追求，致使人们将胜负无限扩大，哪怕金银牌的差距只有0.01秒。请暂时忘记金灿灿的荣誉，也暂时让心理学的晕轮效应失效，现在来还原这毫秒之差的真正含义。单次竞赛的成绩差别，对于评价一个运动员的真正水平，到底有多大意义？翻开运动员的训练记录簿，你会发现，同一运动员的成绩起伏，远远大过这微不足道的0.01秒。99分和100分的差别固然存在，不过更多的是理想主义上的，而并非学习状况的完全表现。这些微小的组间差异本该淹没在组内数据之间，但我们却对此津津乐道，历史上无数的悲情英雄证明，唯金牌化在欠缺理性思考之余，同时损伤了体育的人文精神。 0.01秒的差距，可能源于幸运女神的一个小瞌睡，也可能是肆虐的流感病毒、赛前的一盘沙拉、冲刺时的丝毫松懈、墙角一只不识趣的闪光灯、面对特定对手的心理压力、甚至可能是计时误差无论如何，这些毫厘之差显然不是评价运动员体质的稳固根基，将由此导致的金银牌作为种族体质差异的证据，更是简单粗暴。如果说人们对登顶成功之巅的狂热还可以理解的话，一个常用的统计学工具，却不经意间扮演了不太光彩的角色。相关性分析通过一系列复杂的计算公式，找寻两组数据是否产生关联。虽然计算公式让人头皮发麻，但电脑是安抚的绝佳梳子。几秒钟就可以整出一份长长报表，最后的相关系数那一栏告诉我们，体育成绩和种族体质之间确实存在相关性。黑人云集的田径场、清一色的白皮肤飞鱼、满眼黄色的小球运动就是抽象数据之外的直观明证。很可惜，这个数据引起的误会，远比其提供的有用信息更多。在了解数据的深层含义之前，相关性分析揭示了数据之间可能的关系，然而这种直观和简便，却使得它有逐渐被滥用的倾向，尤其是当这个结论刚好和我们的主观感受相吻合时，往往使人过分信任。对相关性最常见的认识偏差，在于轻易将其上升到因果关系，如果解释刚好又符合直观印象或已有观念，错误将会更为严重和难以察觉。诚然，当两组数据关联密切时，很可能是因果关系（太阳升降与光照强弱）；但也可能是同一事件引起的两个结果（公转周期引起南北半球季节反差）；也可能是两个事件共有某些信息（长夜与高犯罪率）；甚至可能毫无意义（白天时长与夜晚时长）。如果在同一张图表上的分别画出月度煤炭消耗量和老年人死亡率曲线，将会发现这两条曲线高度平行，这说明两者之间存在较大相关性。但是，是否可以通过减少煤炭消耗来降低老年人的死亡率？在能源部和社保局合并之前，恐怕得先问过气象局的意见。和寻找相关性相比，确定原因往往复杂得多，这需要控制变量进行反复实验。在结果出炉之前，为保险起见，当我们试图将优势项目与种族挂钩时，千万不要忘记审视一番别的可能。而竞技场上的肤色更替现象，似乎为解释体育成绩的种族优势提供了另一种可能。竞技场上的肤色更替面对这些枯燥的学理说教，你可能早就不耐烦了，此时你最可能的动作就是，指着百米起跑线上那一长溜的黑色身影大叫Shut up。不过，如果你指着的是60年代的电视节目，画面恐怕会让你大吃一惊。1960-1984年的七届奥运会上，100-400米短跑项目的黑人冠军只是稍微过半；而在黑人基普恺特坚守800米世界纪录之前，这个纪录已经被白人保持了十多年。很显然，如果选取不同的统计时段，统计结果将和直观印象大相径庭。这不是数学老师的问题，而是因为对数据的不同处理很容易导致不同的结果，况且当这些数据和我们的直观印象有所出入时，很容易造成选择性失明－－尤其在偏见已经先入为主、根深蒂固时。哪怕是同一运动项目，优势族群可能也因时而异，这才是真正的历史。在中国人崛起之前，乒坛一直是欧洲人的天地；在威廉姆斯姐妹一统网坛的前后，白人仍是网坛的主流而最具代表性的肤色轮替，当数百年来的拳坛变幻。自约翰逊以后，整个拳坛已经被黑人霸占了整整一百年，这一素材甚至已经作为常识为人所接受。但是，进入二十一世纪后，白人又开始重掌拳坛帅印。现在的重量级拳王中，拉曼的黑色身影甚至比克里钦科兄弟的博士学位更显另类。身为乌克兰巨人，克里钦科兄弟不仅拳技出众，而且都是饱学之士。WBA重量级冠军瓦卢耶夫更是有史以来最高的拳击选手，唐金赞其为世界第八大奇迹，在连续卫冕三次之后才首尝败绩；而胜者也是一名白人选手。白人在拳坛的重新崛起，已经成了不可逆转的潮流。拳击场上的肤色轮替，表现在黑人在20世纪初崛起并霸占拳坛，以及本世纪初在东欧白人面前黯然失色。如果我们的眼光和肤色一般浅薄，难免会心生纳闷，为何同为高加索人种的美国白人，丝毫不见重新崛起于拳坛的迹象？过分关注种族与体育表面上的相关性，极易让我们错过更深层次的原因。鉴于国家和种族之间具有相当的重叠，表面上的种族优势，很可能只是国家优势的一种表象，而后者显然具备更多的社会文化成分。以国家社会因素来解释体坛上的种族优势，并不比强调种族体质更难理解－－如果不是更有说服力的话。拳击台上变幻的大王旗，既有肤色、血汗、牙齿的痕迹，背后更是摇曳出经济和文化影子。现代拳击发源于英国，分为业余拳击和职业拳击，虽然竞赛规则迥异，但业余拳击的兴衰却可折射出社会因素在拳击台影响力变化。美国一直处在现代拳击的中心地带，1904年的美国圣路易斯奥运会上，拳击首次作为正式比赛项目（属于业余拳击）入选（显然有东道主的功劳），44名参赛选手全部都是美国籍。当时美国黑人开始在经济社会领域崭露头角，但在严重的职业歧视面前，贫穷而缺乏教育的黑人青年获得好职位的机会渺茫，风光、奢华、而且相对公平的体育竞技常成了他们改善状况的最佳出路。媒体的报道更是推波助澜，鼓动了更多的黑人青年投身其中。这些也是很多肯尼亚青年踏上长跑之路的原因，不过美国黑人更多地倾向于拳击和球类运动，事实上，这也是获利最丰的项目－－如果能够在微乎其微的机会中出人头地的话。和职业拳王的肤色轮替几乎同步，也是整整一百年后，在雅典奥运会上，美国拳击手的风头早已被俄罗斯和哈萨克斯坦等运动员抢尽。这种现象至少说明，中亚地区的拳击运动正在迅速发展，而且在与美国拳击届的文化交流中，表现出几乎势不可当的强势。如果将文化与经济当做体育的主心骨，只把肤色看作社会问题的表现，问题将迎刃而解。和拳击届白人的重新雄起不同，直至目前，短跑仍然还是黑人的天下，更准确的说，短跑仍然是美国黑人的天下。过去六届奥运会中，男子400米的十八枚奖牌中，美国人拿走了其中的十三枚；他们创造了男子110米栏之外所有短跑世界纪录；在雅典奥运会的男子百米跑道上，固然所有决赛选手都是黑皮肤，但美国派更为强大，除了冠军加特林之外，另有两位美国选手也进入了前五名。美国的女子短跑同样不逞多让，从1984年到2000年的五届奥运会中，黑人女选手，确切地说是美国黑人运动员在女子百米中取得了五连冠。仅有的一次桂冠旁落发生在2004年的雅典，居然败给了白人选手－－以0.03秒之差。美国在短跑项目上的垄断优势形成已久，世界上大多数短跑好手都和美国有着深厚渊源，即便不是美国国籍，也在美国经受过长期的训练当黑人因为上述社会原因成为美国的短跑中坚时，自然也屹立在了世界的顶峰。考虑到美国人在大多数体育项目中的集团优势，黑色肌肤或许不再是问题的根本。因此，当我们看到相同肤色的不同族群却在优势项目上大相径庭时，或许不再需要惊诧莫名。肯尼亚运动员虽然耐力极佳，但足球水平却一直不见长进。肯尼亚的长跑好手大多来自高地部落，而擅长短跑的西非黑人在长跑项目上却无所作为。日本运动员创造了8项田径世界纪录，同为黄皮肤黑眼睛的中国选手，只有区区二项入帐；反之亦然，当中国的国球选手们将所有世界冠军悉数收归囊中时，日本乒乓球手却仍将夺牌作为目标这一长串的数据对比表明，在解释这种优势体育项目的差异时，国家因素似乎比人种更为有效，这正是因为前者包含了更多的社会含义。文化与社会环境对体育项目中的种族优势的影响，比我们想像的更大。正因为如此，中国田径队制定了走出去、请进来的战略，从2004年起定期派遣中长跑队和短跑队前往肯尼亚和美国受训。除去设备、地理环境等因素，在当地体育文化中进行现场取经肯定具有积极意义的。虽然花费巨资的效果仍有待观察，但这种行为本身就表明了行政部门对该项目的重视，长此以往，好成绩似乎是必然的。不过，疑问仍然存在：即便种族体质和体育的相关性被夸大了，同时承认优势项目中的社会因素，人种和体质的效应仍然未被完全排除。很多人认为，黑人不适宜参加举重和游泳，这一点就可以从体质的角度得到充分的解释。是的，我们常常以四肢修长来分析其善跑的优势和举重之不利，而用密度较大来解释黑人在泳池中的劣势，这些直观的解释可以说是体质人类学上的经典解释。不过现在却需要更多的思考，不仅因为其论证已经被上文证明存在严重问题，而且论点和论据也开始动摇。 20年以前，唐纳Tanner分析了奥运会田径比赛运动员的相对腿长（坐高身高比），发现相对腿长在不同运动项目中差异明显，而参加同类项目的运动员中不存在种族差异；链球和跳高运动员最长，而马拉松、500米、100米和摔跤运动员的相对腿长最短。马拉松名列最后，你吃惊吗？正如不同运动专项之间的差异往往掩盖了种族间的平均体型差异，同一运动专项也能轻易抹杀种族间莫须有的体质差别。因为同一项目的运动员往往会倾向于某种有利体型，哪怕他们有着截然不同的肤色和头发。我相信，只要注重选拔符合举重体型的运动员，黑人在举重台上大放异彩也并非全无可能，他们需要的只是时间。泳池也并非黑人冠军的禁地。早在1988年，苏里南的內斯蒂成为了世界上首位黑人游泳奥运会；雅典奥运会上，津巴布韦的黑人选手考文特里独得三枚游泳奖牌，还包括一面200米仰泳的金牌；靠海的南非选手在泳池中大爆冷门，一举拿下4100米自由泳接力赛金牌，这也是非洲历史上首枚男子游泳奥运金牌，我相信这绝对不是最后一枚。在这些金牌面前，黑人不适合游泳项目的谣言不攻自破，其实在此之前，那些一贯被视作合理的解释数据就已饱受质疑。美国生理学家早就发现，大学生游泳运动员的身体密度大于同样年龄的大学生（显然和肌肉骨骼的强壮程度有关）。可见，将糟糕的游泳成绩与身体密度挂钩，恐怕难脱主观臆断的嫌疑－－更何况众多的非洲国家连饮水都存在困难。上文提到了苏里南位于加勒比海岸，南非则以好望角出名，即便是内陆国家津巴布韦也有着广阔的水域－－这正是其国徽上蓝白条纹的来由。看来，要想让种族体质和优势体育项目联姻，还有不少礼数未曾过关。体育场上的种族优势是否真的如此巨大，仍然争议颇多；即便存在，社会文化因素似乎比种族更有说服力。正如在希特勒眼皮底下的尽掠四面金牌的欧文斯，2004年，刘翔和瓦里纳分别在110米栏和400米跑道上夺尽人们眼球。虽然黑色闪电换成了黄色和白色，这对双子星仍然让优势项目种族论者坐立不安。; 个人分类: 奥运|964 次阅读|0 个评论

天赋体能？－－体育·种族·文化·基因的是与非(连载之三): songshuhui 2008-9-2 11:02; liunianlong 发表于2008-08-8 星期五 1:30 分类: 专辑 , 奥运 | | Black or White 我们用平均数来表示数据总体情况时，个性也随之消弥殆尽。而很多时候，被平均数丢弃的个性，往往具有更多的意义。平均重量相等的两箱苹果，整齐划一的那箱售价高昂，而参差不齐者只能送往罐头厂。人类基因组的成果告诉我们，决定种族差异的肤色只占据整个基因组的万分之一，更多的个人特质应该归因于种族内部的个体差异，有人说是85%－－另一些人认为更高。基因是细胞核内DNA上的小片断，由数量庞大的核苷酸以一定的顺序排列而成。虽然只有区区四种核苷酸，却足以使每个人的基因永不雷同。基因内部的核苷酸顺序就是个人的先天蓝图，每三个核苷酸对应着某个氨基酸，在译码员的帮助下翻译为多肽链，从而控制着人体的先天性状。这个过程和莫尔斯码的原理如出一辙。继承自祖辈的基因决定了我们作为人本质，同时让我们独具特色，无可替代。基因把我们每个人都雕刻成了独一无二的橡皮图章，肤色也是图章的重要部分，不幸的是，这些特征被作为了种族分类的依据，哪怕它们只是人体所有特征的沧海一粟。虽然在人种划分的问题上众说纷纭，但无一例外地，肤色都被作为区分种族的重要指标之一。早在三四千年前，古埃及画家就尝试用不同的色彩标示各色族人。发展到上世纪初，欧洲逐渐形成了如下的分类法：尼格罗人种（黑种人）；高加索人种（白种人）和蒙古人种（黄种人）。这种分类法因为其简洁直观而广为流传。作为一种分类尝试，人种这一概念本身并不具备任何破坏性。问题在于，趾高气昂的殖民者把种族与智力道德水平相联系，藉此对各地文化品头论足，以满足白人贵族那高眉骨下的仁厚心智。蒙古人种的浅黄皮肤和内眦赘皮表明他们狡猾而刻板（这对反义词用得堪绝）；尼格罗人种的黑皮肤和厚嘴唇是更接近猿类的证明，而对黑猩猩的白皙皮肤和薄嘴唇这一事实置若罔闻。无论如何，这时的理论为后来的种族主义打下了理论基础，臭名昭著的纳粹和三K党成了人类最痛苦的集体记忆，其后遗症至今尚未完全消除。出人意料的是，这个把人类历史搅得风声水起的名词，却立足于一块摇摇欲坠的基石。作为同一个物种，各人种的皮肤结构完全一致，所谓的肤色差别只是集中在厚度小于一毫米的表皮层中。表皮中黑色素密度越高，皮肤就越黑，和其它所有性状一样，影响黑色素浓度的原因来自于两个方面：基因和环境。这两者决定了在白黑之间存在一系列的过渡肤色，而不是像双眼皮一样全或无。现在我们知道，有四对基因（共8个等位基因）插手了黑色素任务。简单说来，白人有8个使其具有浅肤色的b基因，黑人有8个相反效应的n基因，所有中间肤色都有x个b基因和8-x个n基因，b基因越多，肤色就越白。从其他血型系统得到的证据表明美国黑人大概有1/4的欧洲白人基因，也就是说决定肤色的8个等位基因都有1/4的可能是b基因，因此在2000万美国黑人中大概有几百人具有白色肌肤；同理，大概有20万人具有非洲创建者的纯粹黑色n基因。这是一个好消息，当我们发现子女肤色与父母大相径庭时，不用再满地找下巴了。基因使得人体的天然肤色表现出至少八个等级，环境更是将肤色打造成为无级连续性状，就像身高等体质性状一般。肤色之所以在后天有如此之大的改变，是因为黑色素肩负着一项防护性的生理功能：紫外线光盾。在紫外线照射下，皮肤会合成更多的黑色素，以作防御。黑色素缺乏症患者对光线高度敏感，只能躲避一切光亮，所以荷兰人给他们起绰号叫Hakkerlaken，意即蟑螂－－虽然刻薄恶毒，却也道出了怕光的本质。同等光照下，肤色较浅的高加索人患皮肤癌的比例比黑人高50倍，比日本人高4-12倍。在椰子油和防晒乳广泛应用之前，人类祖先们只好以黑色肌肤来抵御强烈紫外线。生活在卡拉哈里沙漠深处的布须曼人提示了人类始祖的肤色。作为人类始祖的最可能的嫡系后裔，布须曼人呈现非常广阔的肤色范围，从一个小型的布须曼人群体中，我们就足以发现三大人种的肤色倾向。正如安德烈朗加奈在《种族之间不可调和的问题》一文中写道，如果选取南非人和布须曼人作为中间人，最白的北欧人可以直接过度到最黑的萨拉人。但是，高密度的黑色素既是紫外线之盾，也是维生素D的克星，在抵御紫外线的入侵的同时，也阻挡了后者的合成之路。维生素D是人体必需的维生素之一，在钙质代谢中起着重要作用，但却无法从食物中获得，只在阳光的照射下由胆固醇转变而来。过深的肤色阻碍了维生素D的转化，从而影响钙质吸收，甚至因此导致佝偻病－－有数据表明低日照地区的黑人儿童更容易罹患维生素D缺乏症。因此，当10万年前的气候变迁迫使人祖走向迁徙之路时，肤色这一生死攸关而且适应性极强的表层性状逐渐发生了缓慢但醒目的改变。随着光照的减少，皮肤较浅（即b等位基因较多）者更有优势，就有更多机会生育强健后代，进而增加整个群体的b基因的频率，最终使得整个群体的肤色较浅。高加索人种和蒙古人种的浅色肌肤就是由此而来。肤色无论深浅都是适应自然的产物，其分离不过千代。虽说肤色是最明显，最容易比较的性状，但它极不稳定，而且充其量只占人体基因组的四千分之一，似乎与任何重要的生物性状都没有关联。一个简单的例子来自于对最黑皮肤的认识。赤道附近的美拉尼西亚群岛、印度半岛和撒哈拉以南非洲等地的居民有着最深的肤色，但无论如何难以将他们归入同一种族，因为他们除了肤色这一表观现象，其他分子学证据（如血型系统）都无法指向同一群体分支。既然肤色如此肤浅，显然，任何只以肤色为标准的种族划分都不具有生物学意义。如果说以乳糖酶的持久性作为分类标准尚且有利于选择合适牛奶的话；以显而易见的肤色差异作为特征来区分种族，又给我们带来了什么？肤色判定是如此的简便易行，然而我们是否有必要将职位、爱情、能力、智商、甚至喝茶的邀请都和对方肤色挂钩？虽然现在的人类学家们早已不再这么做，但这一标准在人们心中却已根深蒂固。人种的概念起源于生物学的分类尝试，在最终被证明无功而返时，却早已在社会上留下了不可磨灭的印痕。面对这些，我们唯有说Im Not Going To Spend My Life Being A Color。（我这辈子绝不为某种肤色而活，出自迈克杰克逊歌曲《black or white》）镀金的基因作为科学名词的种族和人种已经危机重重，是时候让它么回归纯粹社会学阵营了。我们一方面认同各族群文化在人类文明中的独特地位，同时也应该更坦然地面对体质上可能存在的客观差异，虽然这种体质差异极可能和体育优势无关。正如范可所言，对人群多样性的关注，应该达到对独立个体的尊重,而不是助长业已存在的不同群体人与人之间的互不信任。无论如何，对于运动员个人而言，种族优势毫无意义。一个很简单的道理，哪怕周遭都是金灿灿的红富士，一只瘪三苹果仍然难逃作为有机肥的命运。竞技体育真正关心的，是如何将个人推上荣誉的最高峰，同时把国家集体（以及曾经的种族）荣誉附加其上。在这方面，运动员的个人天赋，远比种族的所谓平均体质特征更有价值。难怪瓦里纳说：人种、肤色都没有关系，重要的是一个运动员的天赋。刘翔和我一样，都有着惊人的天赋，只要我们努力训练，就可以取得优秀的成绩。运动科学家竭力使后天训练更有效率，遗传学家们则想尽办法如何把地基打好－－天赋才是他们的专注主题。遗传学家们用基因还原了种族的社会学之身，同时也赋予了天赋全新的含义。双眼皮、AB血型、男性、黄皮肤、189厘米的身高这些天赋决定了刘翔之为刘翔，而更多人关心的是，刘翔的成功有多少源于天赋？与其说天赋由上天注定，毋宁说是基因和环境的拉锯战；遗传度这个概念被用来描述基因对性状的控制程度。双眼皮、血型和性别等因素几乎完全由基因决定；而肤色、身高等数量性状则在很大程度上受到环境的影响，日光浴和牛奶所起的作用可能比基因还大。通过对比相同环境下个人对训练的应答程度，人们发现了难以用环境解释的差异，由此可知基因必定在体能上插了一脚。让人更感兴趣的是，哪些基因蹈了体能这趟浑水？遗传学家们只好又一次搬出相关性这一武器，虽然它射程极短而且准度难料，总归聊胜于无。以大腿力量为例，两人之间运动成绩的相关性随着亲缘关系接近而迅速升高。无关亲族几乎毫不相关（相关系数0.08），收养关系因为环境相同有着0.12的相关性，亲子关系、异卵双生的相关系数更高，同卵双生（基因完全相同）则高达0.76。很显然，共享基因的增多为成绩相关性作出了重大贡献。这个结论提示我们，如果你的立定跳远不达标，千万不要找自己的双胞胎兄弟顶替――对于裁判员这可真是个好消息。双胞胎在运动方面的相似性也有着众多的直观证据。李小双兄弟可能是我们最熟悉的孪生兄弟，在雅典奥运会上，美国体操队的哈姆兄弟为团体夺银立下汗马功劳，新西兰的双胞胎斯文戴尔姐妹更是一举拿下女子赛艇双人双桨冠军。实在有必要在他们的金牌上刻上一副双螺旋。更多类似研究铺垫了体能基因的红地毯。在有氧运动能力上，同卵双胞胎比异卵双胞胎有着更多的相似性。另一项关于肌肉运动能力的研究似乎开启了时空之门，让我们重回30多年前：24位大学男生的助跑跳远成绩与大学时的父亲高度相关。姚明能成为NBA现役最高球员，除了要感谢布拉德利（他在2006年退役，把这个高帽送给了姚明），其父母基因也功不可没－－这对亚洲最高夫妻中的一员更曾是国家女篮队长。这些证据都暗示着，有运动基因在家族间流动。所以，如果可以的话，我更愿意在起跑之前查查对手的家谱，对于下面这位天才，翻查家谱更是必要。芬兰越野滑雪运动员门蒂兰塔Eero Mantyranta的成功首次投射出运动基因的清晰背影。1937年出生的Mantyranta在六十年代所有滑雪赛事中出尽风头，在三届奥运会和两届世锦赛上共获得了十枚奖牌，其中包括5枚金牌。不说别的，这些奖牌的光总重量就超过二千克。如此惊人的成绩很自然地引起了很多人的怀疑，他们认为Mantyranta体内比常人多出的20%红细胞是兴奋剂所致。三十年后，家族系谱调查才彻底洗脱了Mantyranta的嫌疑，14名与其有血缘关系的同辈表亲中，另有8人的红细胞数量同样超出常人。研究表明这种天赋来源于EPOR（促红细胞生成素受体）基因的变异，该变异导致了过多促红细胞生成素EPO的合成，进而促进机体合成更多的红细胞。不过对于其他表亲来说，这多出的红细胞并无实际意义，反倒增加了阻塞血管的风险。幸而该突变的频率极低。 Mantyranta体内的红细胞倒是多得其所。越野、长跑等耐力项目都依靠肌肉的有氧呼吸来提供能量，而氧气从肺部到肌肉的过程，正是由红细胞来完成的，这些过多的红细胞偶然间成了制胜之道。; 个人分类: 奥运|1730 次阅读|0 个评论

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