作者:张撞鹿 橘子
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8月16日,乌塞恩·博尔特在炎热的北京鸟巢挥汗如雨。几个小时后,统计学家莱扎·诺巴里赖洋洋地坐在美国宾夕法尼亚州的家里,通过电视转播观赏了这一幕。
博尔特为100米跑步贡献了新的世界纪录。9秒69这个时间,对远隔两地的博尔特和诺巴里来说,有着不同寻常的意义。博尔特一举成为世界上“跑得最快的人”,而诺巴里心爱的数学模型,也获得了宝贵的新数据。
作为宾州布鲁姆斯堡大学数学教授,诺巴里长期关注一个问题:如何用统计学的方法来预测人类奔跑速度到底能有多快。
人们始终相信,人类奔跑速度存在极限。正如一名运动学专家所宣称:“人类绝不可能在1秒内跑完100米。”
可是,如何擒获“极限速度”这个狡猾的家伙?许多人在努力——运动员在跑道上反复尝试,而统计学家们则穿戴整齐,坐在实验室里,用草稿纸和电脑进行计算,并且喋喋不休地讨论。诺巴里正是其中的一员。
简单说来,诺巴里和同行采用的办法,是将过去尽可能多的世界纪录收集起来,然后建 立一个复杂的数学算式,使它能最有效地利有现有数据进行预测。这样的数学算式,被称为“模型”。
在电话里,这名统计学家试图向一个外行解释,该如何理解模型的工作方式:当一组世界纪录被“放进”模型中,模型会计算得出一条曲线;这条曲线既符合过去的数据,同时,科学家又可以根据它,对将来进行预测。
通过这些曲线,统计学家们如痴如醉地探讨着人类在奔跑速度方面的各种可能。大概7年前,诺巴里也加入了他们。
诺巴里目前使用的模型,建立于上世纪的70年代,并为许多统计学家认可。通过计算,他很快获得了自己的预测结果。
一种预测是长期的,用来计算人类百米跑步的“终极速度”。诺巴利推算出,这个速度极限是9秒44。
另一种预测则是短期的,用于计算人类何时能跑出什么速度。根据推算结果,原本要到2030年以后,人类才能跑出9秒69这个成绩。
结果,8月16日这天,博尔特毫不费力就将这个时间提前了22年。
尽管与自己的预测不符,但诺巴里并没有大惊小怪。在统计学家眼里,每一次新世界纪录的出现,都会使“放进”模型里的数据发生变化,从而使通过模型得到的预测曲线发生微调,至于模型本身,并不受影响。
因此,接下来的几天,他继续津津有味地欣赏着比赛。他陶醉于花样体操队的小姑娘们精彩的表演里,而完全没有没料到,博尔特这一跑,已经使他陷入一场关于统计学模型是否准确的争论中。

图注:男子世界100米世界纪录随时间的演进,竟能近似连成一条平滑曲线。
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对诺巴里来说,博尔特的新世界纪录,意味着他通过模型得到的预测曲线,将做出调整。他对人类极限的预测,也许会由9秒44缩短到9秒42。
不过,更吸引普通人眼球的事实是,先前由统计学家做出的预测并不准确。进而,统计学家们借以进行预测的数学模型本身,也开始受到质疑。美国《连线》杂志发表文章称,博尔特“打破了一百年来一直应用于100米短跑的数学模式”,并进一步认为:“有可能数学家们自始至终估算进程的方法是完全错误的”。
这个观点得到伦敦大学皇家兽医学院生物力学家约翰·哈奇森的赞同:“我不觉得统计方法预测人类速度极限有任何用处。”在哈奇森看来,统计学家很可能一场空忙活,他的依据是,这些数学预测,并没有考虑“规则、训练方法或科技发展”等因素的影响。
在对人类“极限速度”的追捕中,部分生物学家和数学家之间发生了口角。公共媒体则成为他们辩论的舞台。
达拉斯的南卫理公会大学的副教授彼得·威亚德,是数学方法的坚定反对者。他的论据与他的同行哈奇森如出一辙:数学家的预测模型“通常都没有尝试考虑进相关物理和生物知识”,因而永远无法预测人类最终能跑多快。
这名应用生理及生物力学学者表示,一个新纪录的产生受众多因素影响,而数学家们的预测性模型可能“很具有娱乐性,但绝不能同确凿的科学相混淆”。
突然被从“科学”领域排除出去的诺巴里教授,显然无法接受这个单方面的判决。他一肚子委屈地解释说,数学家之所以不看因素而只看数据,那是因为数据本身已经携带了信息。
“各种实际因素都包含在数据之内,由数据表达出来了。”在为数学方法辩解之后,诺巴里并没忘了回击一下:“强调我们不可能考虑所有因素,不正是他们的缺陷吗?”
显然,在这名数学家眼里,“稍稍缺乏科学性”的,反而恰恰是生物学家。因为,数学家除了给出一个预测结果,更重要的是同时会给出该结果可信的概率。比如,数学家会告诉人们,这个预测结果有95%的概率是正确的。他认为,那些“没有给出这种概率的预测,没有意义。”
不过,不管如何辩解,在许多人眼里,生物学家仍然抓着数学家的软肋:“数学家是不可能准确预测出天才运动员所能达到的人类极限,博尔特就是个好例子。”
对此,佛罗里达大西洋大学一名数学系教授承认:“数学模型比较准确地预测到将来的概率是比较低的。”
这名不愿意透露姓名的教授表示,统计学模型提供的,往往趋势上的指导,但在具体事件的预测上并不准确。因而,一个数学家可能经常处在面对预测失败,进而调整自己预测曲线的状态里。
但是诺巴里并不买账。在他心目中,统计学模型对“极限速度”的探究,正在越来越接近真相。每次微调的幅度也越来越小:几十年前,世界纪录经常打破,而且一下就提高0.3秒,但是现在不会了。
“我们的预测会越来越准确。”他自顾自地说。虽然他并不知道,能否说明那些隔行如隔山的学者们。
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争论归争论,在各自领域里,无论是数学家还是生物学家,都没有停止过对“极限速度”的探究。
这种探究由来已久,并与人类试图了解自身的努力联系在一起。“对百米赛跑极限的预测,也是对人体不断发现的过程。”有人曾这样评论。
历史上,关于“人终究能跑多快”的预测,层出不穷。最开始的预测看起来有些谨慎。1936年,当杰西·欧文斯在百米赛跑中跑出10秒02的成绩时,有人就开始预测,人类的极限速度是10秒。如今,这个速度已经被远远甩在身后。
其中,生物学家和数学家都曾有过自己的主张:上世纪70年代,美国的生物机械学博士吉迪恩·阿里尔把9秒60当成人类百米速度的极限。他从人体机械的角度来论证,认为超过这个速度,将导致骨头断裂,关节软组织脱落。而数学家的结果则乐观得多,由法国人佩龙内特和蒂博一起计算得出,人类的极限速度应该是9秒49。而牛津大学的安德鲁·泰特姆的统计学方案,看起来更像在写科幻小说:2156年,人类能跑到8秒079。
物理学家也不甘寂寞。来自洛杉矶的乔纳斯·穆莱卡,刚刚在百米世界纪录预测上当了一回“事后诸葛亮”。他从风速研究入手,力图精确定量外界扰动对人类极限速度发挥的作用。博尔特打破世界纪录后,他不无懊悔地表示,自己曾通过对现有速度极限进行修正,推算出人类会在2009年达到类似博尔特今天的速度,却因为不自信,没有公布。
如今,各种学科的预测似乎有望殊途同归。诺巴里曾惊喜地发现,一些不同学科的科学家独立作出的预测结果也是相近的。
去年9月,一名生物工程学家计算出的数据是9秒4,这和他9秒42的最新数据相差无几。
当然,这个结果也许还将不断被修改。彼得·威亚德表示,基于人类对跑步机械原理的理解,以及肌肉骨骼系统的生理特点,人类远远没有接近自己的百米速度极限。更何况,“训练、药物、遗传工程,都能让人类跑得更快”。
这让人们无法确定,要到什么时候,人类才能将“极限速度”握于手中。可以确定的是,在那之前,每一场百米跑比赛的跑道上,我们都将能享受到“不可知性”带来的美妙。
已发表,本文与发表文略有不同.
严重感谢友情支持者anpopo




那个,那个,有没有可能,人类的时间到现在已经变慢了呢。哈哈
原子钟应该比较精确吧,相对论的时间变慢必须以超高速运动为前提
谢谢阿企,其实吧。。我是在逗闷子。。嘻嘻。
问题是如何测量出“人类的时间已经变慢”的命题哪?无从比较呀。
世界上有三种骗人的东西:谎言,该死的谎言,统计数据
统计数据为什么骗人……我觉得这个统计学家很坦诚,说的也有说服力啊。
桔子!抗议……
实际上很惊人的是,尽管生物学家都不承认,都声称是“巧合”,但是事实是人的极限速度确实能够连成一条近似于指数曲线的平滑曲线。
真的?画画?我怎么觉得这种统计不怎么靠谱呢?
有生之年可能无法看到9.44/百米,70年过去了,成绩提高了4%;到达9.44要再提高3.6%,需要用100年的时间。
看了博尔特冲刺的那一刻,他再破世界纪录估计没问题。
我相当相信统计学带给我们的信息,不过人类首先应当用相当丰富的经验和创造性的猜想来完善统计学,因为太多太多或然性的存在,只有给出了包罗万象的经验公式,我们才能让统计学上存在的误差一步步缩小
如果用基因工程改造了人,再破记录应该容易得多了。不过这种人类会被允许参加奥运会吗?奥组委有这方面的规定吗?
现在就在喊着要禁止,但是怎么禁?挨个基因测序?