科学如何预测哪些奥运赛事最精彩

奥运会在体育文化中代表着非常特殊的意义，但从观看的角度来看，它却是一场后勤噩梦。多个项目同时进行，迫使你从自己最喜欢的项目中挑选出一个。下一个令人眼花缭乱、破纪录的表现将在哪里发生？有人会抢走尤塞恩·博尔特的 100 米纪录吗？健身房里会出现凯里·斯特鲁格的精彩瞬间吗？没有办法绝对肯定地收看奥运会，你会看到一些历史性的比赛，但史蒂夫·哈克认为你可以增加你的机会。科学可以告诉我们在哪里最有可能看到最接近的比赛或破纪录的表现，以及在哪里我们最不可能看到任何令人兴奋的比赛。

哈克的职业生涯就是将科学原理应用于通常难以量化的运动表现媒介。作为英国谢菲尔德哈勒姆大学体育工程研究中心主任，哈克研究了从网球物理学到技术在体育史上所扮演的角色等各个领域。哈克最近为《物理世界》撰写了一篇关于这个主题的文章——规则变化和技术对运动表现的影响。在文章中，他描述了为什么运动表现多年来一直在不断提高（更好的教练和营养、人口增长），以及为什么我们会看到数据的阶跃变化——高峰和低谷通常是由于运动表现之外的某种外部因素造成的，比如新技术、规则变化，甚至仅仅是天气。但这种分析还可以达到更紧迫的目的——确保我们不会错过未来两周在伦敦举行的任何值得喝彩的时刻。

要做到这一点，我们首先需要一种方法来客观地观察各种运动项目的运动员表现在哪些方面和如何提高，幸运的是，哈克为我们提供了这种方法。为了创建一个跨运动项目的苹果对苹果的比较方法，通过许多不同的指标来评估表现，哈克和研究生莱昂·福斯特首先从一系列运动和赛事中的 25 名最佳运动员中提取了 25 个最佳成绩（也就是说，每个运动员的最佳表现只被计算一次，因此每个数据集中有 25 名不同的运动员）。追溯到 1891 年，他们绘制了一幅随着时间推移的顶级运动平均表现图。

但他们仍然需要一种通用的方法来量化各项运动的表现提升。为此，他们创建了表现提升指数 (PII)，这是一种确定在表现中所做的有用功（物理意义上的“功”，基本上是作用在物体上的力和其方向的乘积）的方法。不同项目的计算方法略有不同（例如，在标枪投掷中，身体对物体施加力，而在田径或游泳中，身体要对抗无处不在的阻力），但目的都是一样的——以非常基于物理的方式确定在给定的表现中做了多少有用功。

利用这些有用的工作值，Haake 可以查看两个不同年份，看看在任意两年之间排名前 25 位的运动员的表现出现了哪些类型的提高（或降低）。PII 将这种提高或降低以百分比表示，这些百分比可以在各个项目和运动之间进行比较，以揭示运动员在哪些方面有所进步，哪些方面的表现停滞不前。对于体操等根据裁判裁决主观评分的项目，或者摔跤等通过面对面对决决定胜负的项目，PII 并不一定是理想的选择。但对于以时间或某种距离或高度测量（通过物理学）来衡量的运动，它至少为我们提供了一种科学的方法来比较不同项目之间的运动进步率。你无法比较游泳和铁饼之间的固定工作量数字，但你可以比较随时间变化的百分比变化。

“我们可以比较不同运动项目中的同类情况，无论是游泳还是标枪，”哈克说。“使用 PII，事情会变得更加直观，更加有意义。所以现在我们正在研究文学作品或流行神话中存在的轶事，看看是否有数据支持这些流行神话。”

想要找到数据验证流行观点的现代典范，可以看看 2008 年奥运会和备受争议的 LZR Racer 泳衣，当年在奥运游泳选手中非常受欢迎。这些泳衣更像是全身紧身衣，非常紧身，将身体拉成更圆柱形的形状以减少阻力。它们减少了皮肤摩擦，还能困住空气，给身体带来更多浮力，使其在水中上升得更高。2008 年北京奥运会，记录频频被打破。2008 年晚些时候，在克罗地亚举行的一场比赛中，又有 17 项记录被打破。许多人认为，2008-2009 年成绩的提高纯粹是技术进步的结果。这些泳衣带来了如此大的优势，以至于 2010 年 1 月，游泳管理机构禁止它们参加比赛。

哈克说，你可以在数据中看到这些技术和监管影响。例如，女子 100 米自由泳的 PII 在 2000 年代后半期飙升，但自 2010 年以来又跌回了 2004 年的水平。这里的重点是，数据可以告诉你在那段时间内成绩有所提高，然后又下降了，但你必须在数据之外寻找实际的轶事原因。就 LZR 泳衣而言，人们普遍认为它们为游泳运动员带来了巨大优势，这一观点得到了支持。

您如何使用这种模型来规划您的奥运观赛计划？对奥运项目有一定了解的人可以浏览数据并根据他们已知的信息进行自己的快速分析。您需要寻找表现稳步上升且外部影响不会影响结果的赛事（或者，就像 2008 年奥运会的情况一样，外部影响会让比赛变得非常精彩）。例如，只需看看短跑和游泳这两项热门运动。

有趣的是，自 2008 年以来，100 米项目没有任何变化——没有重大规则变化，计时技术没有变化，鞋子或其他短跑装备也没有重大发展。事实上，根据 Haake 的男子 100 米 PII 数据，尤塞恩·博尔特在 2008 年的超凡表现似乎正在拖累整个赛场。即使从 2008 年的前 25 名成绩中剔除博尔特的成绩，其他 24 名运动员的 PII 变化也几乎相同。博尔特的记录远未稳固。

“你们有 25 个人表现非常出色，其中前 8 名更是棒极了，”哈克说。“他们中的任何一个人都有可能在当天获胜，其中有几个人可能会创下纪录。”

事实上，从 PII 的角度来看，男子和女子短跑项目看起来都很不错。比赛将会非常激烈，记录可能会被打破，金牌通常也悬而未决。但哈克说，随着距离的增加，这种情况越来越不真实。在 400 米比赛中，我们可能会看到一些竞争，但在 800 米和 1500 米比赛中肯定不会。哈克听过一些解释这一现象的理论（一种流行的观点是，从进化的角度来说，人类是天生的长跑运动员，但不是天生的短跑运动员，因此在这方面还有很大的进步空间），但他并没有提供自己的科学依据。他只是让数据说明一切：在短距离比赛中，人类的速度仍然在提高，而且似乎没有任何外部因素阻碍。短距离赛跑才是值得关注的。

另一方面，短距离游泳项目今年的表现可能令人失望。要了解原因，请看标枪项目。早在 20 世纪 80 年代，标枪项目规则就发生了变化。出于安全和得分的考虑，标准标枪的重心略微向前移动，迫使其在飞行时头部向下——足以将平均投掷距离缩短近 10 米，并使 104.8 米的世界纪录遥不可及。（注：标枪投掷在 2012 年仍然不是值得关注的项目）。

游泳项目也面临着 PII 值下降的问题。2010 年禁止 LZR 泳衣的政策确保了今年夏天在伦敦不会再出现另一连串破纪录的事件。

“这些短跑项目要花很长时间才能赶上 2008-2009 年的世界纪录，”哈克说。“如果我们看到男子或女子短跑游泳项目的任何纪录被打破，我会感到惊讶。”

但游泳爱好者们可以放心，在 1500 米自由泳等耐力游泳项目中，高科技泳衣并没有像在短距离比赛中那样产生同样的影响。事实上，哈克认为，由于泳衣太紧太硬，它们实际上可能在一定程度上影响了表现。如果你想在水中打破纪录，那就选择长距离。

如需进一步了解如何科学地评估夏季奥运会（以及更具数学意义的解释），请查看 Haake 在《物理世界》上发表的文章（您需要订阅）。