运动的旋律与变化的世界
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1.速度的消失带来损伤 蚊子会被雨滴砸坏吗

获得速度是一种运动形式,让速度突然消失也是一种运动形式。给物体施加力,物体就加速获得速度,这是我们知道的常识。反过来,速度的消失也会产生力。瞬间消失就能造成瞬间打击力。但也不是力量有多大就可以解多大的恨,单手使劲去拍打惹你生气的飞行毛毛和苍蝇,它们就能轻轻地躲开,以柔克刚这个词句大概就这么来的。蚊子比毛毛还难对付,否则怎么在那么频繁的风雨中能生存。小物体碰大物体,速度瞬间消失,给自己带来的伤害更大。这么说来,打大的不行,打小的也不行,打软的也不行,打硬的也不行,难怪人们说君子动口不动手。人体接近2平方米的体表,在承受近两万千克的大气压,平均每平方厘米1千克左右。可见,我们人体内压可以平衡大气压。人能使出的力量和承受的外力,可以在1000斤量级。千钧之力应该说是这么来的。

雨滴中生存的蚊子(图1.33)

图1.33 蚊子与雨滴

十千米左右高度形成的雨滴,落下来会砸伤人吗?砸不伤体型较大的人,也许会砸扁蚊子。下雨的时候,蚊子是提前躲起来了,还是任受雨滴撞击,以柔克刚地化解雨滴的击打?

胡立德等用实验研究了水滴砸蚊子,得出了蚊子因体重较轻且可以通过偏斜身体来化解雨滴撞击从而能在雨滴的碰撞下得以生存的结论。这项成果让他得到了菠萝科学奖。

雨滴的下落没有想象的那么快。由于存在与速度平方成正比的空气阻力,因此,雨滴落地阶段的终端速度(最后下落的速度)每秒才几米。一般不会超过10米/秒。其次,蚊子反应能力极强。我们可能经历过被它侵袭时那种恨不得拍死它却又死活拍不着、关灯入睡时它来了、开灯寻找时不见了的情景。你搞不清它掌握了什么样的飞行奥秘。夜深人静时,它能鬼鬼祟祟地落在你身体上任何部位。等到你有所感觉,已经将毒液注射到你的皮下。

大自然的雨滴总该教训教训它们吧。那么密集的雨滴,就不信砸不中。几十倍蚊子重量的雨滴,消灭不了它们?可是,大多数情况下,只能砸中一侧的翅膀。翅膀结构如同荷叶结构一样,是疏水的,即不沾水的。蚊子巧妙地往被砸中的那一侧歪斜一下,像荷叶上的水滴一样的雨滴,滑走了。这种侧歪应该是被打歪,而不是刻意侧歪来躲避。

蚊子被打歪也没问题,它有不到百分之1秒的反应能力,很快就可以通过娴熟的飞行艺术调整飞行姿态。它的腿也有绒毛,也是疏水的。砸中它的腿,也不会打湿,雨滴滑走了。

即使倒霉地被雨滴砸了个正着,由于它又小又轻,要么被推开(如同你挥拳重重地击打在你眼前飘来飘去的小毛毛),要么被主动侧身躲掉,最糟糕的情况就是被雨滴裹住后一直砸向地面。

如果被雨滴裹住,它正好享受坐降落伞的滋味,但同时也会试图挣脱。随雨滴砸到地面上会发生什么就得看情况了。由于翅膀以及腿的疏水能力,它不会被打湿,不会被水粘在地上,没被砸晕的话,可能能像芙蓉出水一样地钻了出来。

如果被雨滴裹住带入水中,就不知道发生什么了。雨滴落水,会激发涟漪圈圈和碰出小浪花,中间可能有小水珠回弹。被裹住带入水中的蚊子,还能有方向感,还能起死回生吗?

如果还能起死回生,那么可能听到雨滴落水的声音。雨滴落水声音可不那么单调。

有一首“瀑布”(Cascades)歌,里面有一句:让我们倾听落雨的旋律!我们能听到沙沙的落雨声音,啪啪的雨滴拍地声。但是,雨滴落入水中,声音却很奇特。我们人耳能听到水滴落水“咚”的声音,但仔细测量,还有余音。原来,雨滴潜入水中时,会带起一个小空气泡。小空气泡会震动,频率可达15000赫兹,即每秒震动15000次,因此在人的听觉范围内。听到咚的一声后约2万分之1秒内,就有气泡发出的铃响声。

武师打击力

如果水滴撞击地板和人体,也不会带来什么损伤。人是在风雨中进化出来的。如果雨滴斜着击中身体的侧边,则有效撞击速度是投影到人体表面法向的速度。如果雨滴撞击头顶盖,那么由于我们的头盖骨进化得已具有较高抗打击能力,因此也带来不了什么损伤。尤其是击打物体时,雨滴会变形消耗了动能,因此物体受到的力与刚球相比小很多很多。再说了,人体没有想象的脆弱,否则武师就不需要千锤百炼去练成令对手伤筋动骨的绝技。

对普通人而言,武术是神秘的,无论是用于攻击、表演还是养生。因为神秘所以才导致好奇。将武术赋予了神秘的色彩,才使对手产生畏惧,不战而屈人之兵。泰拳、巴西柔术、少林硬气功、日本忍术、武当剑……。这些名称,本身就冷嗖嗖的。自然,人们关心的是什么武术最厉害,神秘在什么地方。其实,武术的目的不一样,要求不一样。竞技体育中的武术不是以置人于死地为目标,只是体现一种对极限的追求以及体现某种对抗性、表演性和观赏性。非竞技性武术则以修身养性、防身健体和提高自身素养为目的。有的绝技则是为了追求某种人体功能所能达到的最高境界,属于一种形式的极限运动。

科学测量能给出一些可定量描述的答案。《国家地理》“科学看武术”栏目有一组数据,是科学家用科学手段测量几类武林高手的杀手技在面对同样目标时的数据。包括空手道、综合格斗、跆拳道和卡波耶拉的高手都参与了表演和测试。

测试得到的数据包括高手踢腿时的攻击速度、打击力度和击打时的加速度,也包括他们能承受的打击力。武林高手踢腿时,瞬间可以达到时速100英里的量级(1英里约为1.609千米),能产生1000磅(1磅是0.45千克左右,即不到一斤,1000磅是450千克左右)以上的打击力。具体而言,空手道高手西蒙(Simon),踢腿时速为71英里,打击力为429磅。综合格斗高手利维(Levi),踢腿时速为130英里,打击力度为1400磅。跆拳道高手布雷恩(Bren),踢腿时速为136英里,打击力度为2300磅。卡波耶拉高手拉蒂夫(Lateef),踢腿时速为99英里,打击力度为1800磅。

当然,这是针对静止目标产生的瞬间击打力。如果是击打具有躲避能力的对手,那么击打力会小多了。这有其科学道理。原来,物体的质量乘以速度代表了一种动量,即动的力量。物体的质量乘以速度平方的一半代表了能量。撞击或击打时,让动量消失需要一定时间的力的作用(物理上叫冲量定理)。作用时间越短,力度就越大。让动能消失需要力作用一段距离,完成作用的距离越短,力度就越大。于是,用同样的出腿或出拳速度,打在软物体上或者打在可以躲闪或后撤的物体上,作用时间或距离就会更大,形成的打击力量就会小。

人体抗击打能力

人体不像毛毛和小苍蝇那样轻,受到击打时不会迅速跟随打击物体一起运动,而是基本不动地在原地接受冲击力(至少对于普通人是如此)。如果是巨型刚性结构物体撞击地上的没有躲避能力的行人,那么损伤就会极大。汽车如果以每小时100千米的速度误撞行人,那么行人死亡率会达到100%。每小时70千米死亡率达到90%以上;50千米,死亡率为60%;时速40千米死亡率40%;时速30千米为生死临界点。时速20千米,被撞行人也会承受较大伤害。

时速20千米,就是每秒5.5米左右,大致是降落伞落地时最大允许速度,或者人从1.5米高跳下时的落地速度。双脚能承受从1.5米高跳下的冲击力。如果是汽车正面撞击人体,由于人体一般部位接受横向冲击的能力比双脚差,因此被20千米时速的汽车撞击,也会造成较大伤害。

因此,被小物体撞击,或者被变形的水滴撞击,伤害不会太大。但如果是大物体尤其是汽车那样的钢制物体撞击人体,就容易受到巨大伤害。

如果是身体侧面一个点被击打,人体受到击打时会自然侧歪,化解一部分打击力。打击胸部一点也会通过倾倒而化解一部分力。如果击打头部,则由于颈部能传递力的能力较小,因此打击力主要集中在头部发生作用(包括扭矩作用),容易受到更大伤害。

我们能承受多大的力,与力的作用面积有关。一根细细的针,轻轻用力就能扎进肌肉。青壮年用一根扁担可以挑起100千克左右的担子。扁担压在肩膀上的面积可能就10平方厘米左右,每平方厘米10千克量级。可见我们能承受的外力非常大。我们环境的大气的气压是每平方米1万千克左右。我们人体表面积接近2平方米,因此我们在承受1万多千克的气压,平均每平方厘米(手指印那么大的面积)也就1千克左右。

适当的肌肉锻炼可以使致密纤维能横向分摊打击力,能起到蹦床那样的可以将打击力分摊到更广域面积的作用。武林高手通过练习,让腹部肌肉更加结实,获得可以保护骨骼和器官的具有横向分摊作用的致密纤维组织,局部肌肉可以承受800磅的击打力。

气功与经络理论

气功练习者即使不对特定肌肉进行这样的练习,也能承受近500磅的击打力,能承受每秒22米左右的击打速度。尤其是锁骨上方的喉部软组织每平方英寸(约6.45平方厘米)可以承受860磅到2900磅的力。那么到底什么是气?

有许多关于气功中的“气”是什么的争论。除了呼吸循环系统中有空气进入,身体其他部位不会有足够的令气功师具有特异功夫的空气。当然,经过适当呼吸训练,在吸气后通过呼吸系统的膨胀,将腹部鼓起为圆弧形,能起到分摊击打力的作用。

气功师感觉到的“气”或者使用的“气”,可能是一种内压。身体肌肉是一种软物质,介于固体和流体之间。水中有水压,因此作为软物质的肌肉也可以产生内压。本来,我们体内的正常内压可以抵抗大气压,要知道大气压平均每平方米有一万千克。

经过特殊练习,能在特定时刻产生多余内压不难理解。气功练习时,许多动作中有四肢和躯体的弯曲和扭转。这种卷绕锻炼,可能使肌肉中的纤维、血管以及毛细管等获得特定有序的排列,一些与血流、淋巴输运和其他液体输送相关的细微管道可能更通畅,伸缩性更强,朝着更能激发内压和朝特定位置与方向传递内压的方式排列和变化。获得锻炼的内脏也可能通过畅通的血管或呼吸配合输送内压。

身体内液体的输送速度一般极慢,但压力波是一种振动,传播极快,比空气中每秒340米左右的声波传递速度还快数倍。例如,水中的压力波传播速度为每秒1.5千米左右。不知,气功中的意念发功,是否是在控制一些组织或器官的运动,激发可迅速到达身体某一部位的压力波。

除此之外,压力波到达端点时,不会无缘无故消失,会反射,就像乒乓球在台上反射一样。反射的压力波与入射的压力波的叠加有时会导致相互加强。中医把脉的脉搏点在手腕,即上肢的末端位置,跳动明显。心脏产生的压力波如果是在那里反射、再叠加,那么压力波的振幅应该可以在那里得到加强。心跳频率比1赫兹高一点点,每分钟约75次。假设心跳引起的压力波在血液中传播,血管长度是1米。如果依然用水中的压力波速度来计算,那么从心脏到达血管末端只需要不到1毫秒,一个来回就是1毫秒左右。或者说,压力波在血管中的来回反射的频率是1000赫兹量级。这比心跳快多了,因此不会和心脏一起共振。

中医认为人体上有经络,经络上和经络外有穴位。穴位确实存在,而不像一些质疑者否认的那样。例如,盐城师范学院、第二军医大学、复旦大学和上海应用物理研究所的刘成林(音译,Liu Chenglin)等九名科学家,于2014年在《电子光谱学和相关现象杂志》(Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena)报道了经现代仪器(如CT扫描技术)探测的穴位特性。他们发现,在穴位所在的位置,不仅微量元素比别的区域多,而且微血管更细更密集(比非穴位区可以密集两到三倍)。

古代无法将穴位和身体内部的功能器官的链接关系用现代科学语言描述,因此统称为“气”。既然穴位上的微血管更密集,那么至少表明穴位有一些功能作用。按中医理论,不同的穴位(通过按压或者针灸)对不同症状有缓解甚至治疗作用。如果穴位是身体功能器官的特定排污口,那么当身体出现某些症状,对应的排污穴位可能排污不及时而出现堵塞,于是该穴位按压时可能出现胀痛或红肿。也可能出现某种类型的临时损伤,于是按压时出现刺疼感。

恰到好处的手指按压或者针灸可能有助于疏通被堵塞的穴位,甚至修复临时损伤的穴位,让排污畅通,从而达到缓解或治疗对应症状的目的。虽然如此,每个穴位如何与对应功能器官相连不是特别清楚(也许就是不太明显的血管)。穴位除了可能是特定的排污口,也许还存在极其细微难以探测到的神经组织、内压传输组织或韧带一类的牵引组织与某个功能器官相连。如果有这些功能,那么刺激时也就把刺激的作用传输到对应的功能器官之中。也许,有一些穴位是一种阀门或开关类的局部组织,被刺激时可以激发具有不同频率的神经信号或内压波(如同笛子按住不同风口能激发不同频率的声波一样)或其他牵引信号,而身体不同的功能器官可能对频率和振幅或其他牵引信号有种选择。

经络理论实践了数千年历史,不会违背科学原理,只是目前尚未完全按现代科学方式了解透彻。尚不了解并不表明不科学。