《生命世界》杂志由中国科学院主管，中国科学院植物研究所、中国植物学会和高等教育出版社联合主办，于2...　　战争年代，人类总是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

　　《生命世界》杂志由中国科学院主管，中国科学院植物研究所、中国植物学会和高等教育出版社联合主办，于2...

　　战争年代，人类总是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，每届奥运会也成为先进技术和尖端装备的展示平台。体育竞赛的巨大需求反过来成为科学发展的重要引擎。

　　人类文明因劳动使用的材料而划分为石器时代、青铜时代和铁器时代，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杆跳高的变迁。当竹竿、金属杆取代坚硬沉重、没有弹性的木杆，撑杆跳高的成绩曾节节攀升。待到轻巧而富有弹性的玻璃纤维、碳纤维杆问世后，由于助跑速度的增加和动能、势能转换效率的大幅度提高，带来了撑杆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，特别是更轻、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。

　　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年悉尼奥运会上，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，她体验到一种“切入空气”的欣喜。“鱼雷”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，泳装表面微型荆齿产生的细小涡流能有效减少前进中的“压差阻力”。至于乔丹的“气垫鞋”，约翰逊的“金缕鞋”，琼斯的“水晶鞋”和刘翔的“红色魔鞋”都为大家津津乐道。高科技新型材料和工程学、运动力学的结合，共同打造了体育健儿的披挂、战靴和征衣。

　　游泳是奥运会上最气韵流畅又喧腾激扬的竞赛项目。能屈能伸的蛙泳，浪翅翻飞的蝶泳，枕涛卧波的仰泳，在8条蔚蓝色的泳道各展风姿。2008年3月，在荷兰埃因霍温举行的欧洲游泳锦标赛上，法国选手阿兰·伯纳德以47秒50的成绩刷新100米自由泳的世界纪录；接着在悉尼举行的奥运选拨赛中，澳大利亚选手苏利文以21秒28的成绩创造了50米自由泳的世界纪录，这是目前人类靠自身力量在水中达到的最高速度。

　　因为地上和水里的运动机制完全不同，所以游泳运动员对于泳装的要求臻于完美。在奥运会创始之初，用棉织平纹布和罗纹布制成的游泳衣松懈又兜水，带来很大的阻力。羊毛和丝绸的面料渐渐使游泳装更加紧凑和贴身。而荒唐陈腐的道德观念曾一度将游泳服视为异端。第7届安特卫普奥运会上夺得3项游泳冠军的美国“女飞鱼”布莱特雷因在海滨穿短裤游泳而遭逮捕，“道学家”给她的罪名是“有伤风化”。1975年，荷兰学者在船槽中把穿与不穿游泳服进行对照试验，发现穿游泳服比裸泳的阻力减少7%。这是由于人作为四肢动物，经过这种“包裹”和覆盖，能够使全身曲线更加平滑和接近流线型，自此游泳服的“穿脱之争”告一段落。1988年汉城奥运会上，美国队的“大力士”游泳服倍受瞩目，聚氨酯纤维和超细尼龙纤维不仅使游泳服的重量再度减轻，双向伸缩性和整体平滑度都达到一时无两的完美。到了20世纪90年代，无论从质地材料到设计制作理念，游泳服都进入了全新的快速发展时期。

　　2000年悉尼奥运会成了鲨鱼皮游泳服的“大秀台”。澳大利亚泳星索普和他的队友身披一袭黑色的连体紧身泳装，英姿勃发，形貌奇特标普信息科技指数，宛如碧波中勇猛的鲨鱼。这种游泳服按照激光测量出的运动员身体数据进行三维设计，用不亲水的特氟纶纤维精制而成，将运动员从脖颈到手腕、脚踝包个严实。它的核心精华是，仿照鲨鱼皮肤真实的结构，在游泳服表面排列了百万个细小的棘齿。当水分子沿着这些棘齿流过时，会产生无数微型的涡流，使得“边界层”的分离点推后，从而延迟和弱化尾涡的形成。这是一笔合算的交易，增加小额的摩擦力，减少大额的压差阻力。表面光滑的高尔夫球一杆只能打出几十米，而布满500来个圆形或六边形小坑的“麻脸”高尔夫球却可以打到200米开外。鲨鱼皮游泳服上小棘齿正是起着“麻子”的作用。

　　尽管对鲨鱼皮、青蛙皮等仿生学游泳服的质疑和争论远未平息，全世界第一流商家却倾注了大量财富和心血，为开发新一代游泳服暗中角力。其实竞争的目标也许就是把游泳成绩再提高1/10秒，但这对于决定运动员究竟是载誉而归或是无功而返，可能已经足够了。

　　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。比赛在大雨后的范可多夫体育场进行，满地泥泞不堪标普信息科技指数，当年所向无敌的匈牙利队被又湿又重的球鞋折磨，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更长的鞋钉，能在滑溜溜的赛场上加大抓地力中国科技馆怎么预约。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。

　　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，笨重得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多个韧带，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。从人类祖先在非洲草原直立行走开始，我们便把体重完全交给了双脚，它承受着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，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。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。

　　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1%。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”。

　　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10 000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”。

　　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。

　　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”中国科技馆怎么预约。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，今天仍照耀着奥运赛场上的我们？现代奥运会的火炬是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。

　　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”。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中国科技馆怎么预约。

　　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，场地监督布歇尔情急之下掏出打火机“非法点燃”圣火的故事家喻户晓标普信息科技指数，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摄氏度要吸收约1 000卡热量，而水在100°汽化时吸收的热量是水从0°上升到100°所需热量的5倍，难怪消防部门把水当作最好的灭火材料。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。

　　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，燃料罐内的压力达到了1.5吨，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2 000℃，亮度可达35 000烛光。水下火炬的制造工艺虽然复杂，但基本原理并不难在实验室中进行演示。

　　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，毫无疑问，燃料和氧气会按照“恰当比”充分预混，而真空和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”。

　　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8 848米的“世界屋脊”，温度常年在零下40℃，风速达到10级，含氧量仅为海平面的1/3。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。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，世界见证了奥运圣火传递史上又一个空前壮举。

　　奥运之火天上来标普信息科技指数，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，今天的人类更加珍惜奥运火炬的“长征”，这是千万双手在全世界传递温暖与光明。

　　赵致真，高级记者，中国科技新闻协会副理事长，中国科教电影电视协会副理事长，2005年被评为全国先进科技工作者，主持创办大型科普电视栏目《科技之光》，著有《奥运中的科技之光》等多部科普读物。