Предел человеческой скорости на стометровой дистанции составляет 9,48 секунды, или на одну десятую секунды быстрее нынешнего мирового рекорда Усейна Болта. Об этом говорит биолог из Стэнфорда Марк Денни (Mark Denny). Это если мы ведем речь о «натуральном» человеке.

В исследовании, результаты которого опубликовал в 2008 году Journal of Experimental Biology (Журнал экспериментальной биологии), Денни смоделировал самую высокую скорость бегущего человека. Для этого он воспользовался рекордами бега на сто метров среди мужчин, взяв данные, начиная с 1900 года. Взяв лучшие результаты бега, он составил график и при помощи компьютерных программ вывел уравнение с кривой, которая оптимально моделирует свойства составленного им графика. Кривая показала, что минимальное время для человека на стометровой дистанции составляет 9,48 секунды. «Пока мы не дошли до минимума, но уже сейчас ясно видно, что кривая становится более пологой, демонстрируя замедление роста», - говорит Денни.

В ходе того же исследования он также смоделировал лучшее время для скаковых лошадей чистых кровей и для борзых, обнаружив, что и у них имеется предел скорости. На дерби в Кентукки с 1950-х годов не было почти никаких улучшений, а на собачьих бегах показатели достигли пика и выровнялись в 1970-е годы.

«Если посмотреть на другие виды, которые мы пытаемся выводить и селекционировать, чтобы животные бегали все быстрее и быстрее – это не работает, - заявляет Денни. – Нет никаких оснований полагать, что человек чем-то отличается от животных, что у него почему-то нет никаких пределов».

Статистическими моделями не объяснить механику бега. Поэтому преподаватель биомеханики из Южного методистского университета Питер Уэйанд (Peter Weyand) решил найти другой подход к этой проблеме.

Будучи ведущим специалистом по передвижению человека, Уэйанд говорит, что основной фактор, влияющий на скорость, это то, с какой силой спринтер отталкивается от земли ногами.

Когда атлет бежит с постоянной скоростью, он использует свои ноги как ходули «поуго» (игрушка с двумя подножками и пружиной для подскакивания), говорит Уэйанд. Когда спринтер ставит ногу на землю, его конечность сокращается в готовности дать обратный ход. Когда бегун в воздухе, его ноги готовятся снова с силой удариться о землю.

Когда нога бегуна бьет о землю, 90% усилия идет вертикально, чтобы снова толкнуть его вверх, и лишь пять процентов усилия идет в горизонтальном направлении, продвигая его вперед. Таким образом, спринтер ведет себя, как мячик, говорит Уэйанд. «Они слишком сильно отскакивают», - объясняет ученый.

Наше тело естественным образом приспосабливается к скорости бега, меняя силу удара ноги о землю. Чем сильнее мы ударяем о нее ногами, тем быстрее мы бежим.

Так насколько же сильно человек при беге может ударять ногами о землю?

Уэйанд и четверо его коллег провели эксперимент, результаты которого были опубликованы в 2010 году в Journal of Applied Physiology (Журнал прикладной физиологии). В рамках эксперимента спортсмены бежали по дорожке с постоянной скоростью в разном темпе и в разных направлениях – вперед, назад – а также совершали прыжки. Ученые выяснили, что когда мы прыгаем, то ударяем ногами о землю на 30 процентов сильнее, чем во время бега. Главная причина этого в том, что в воздухе мы находимся намного дольше. Исходя из этого, Уэйанд со своей командой посчитал, что теоретически человек может бежать со скоростью 19,3 метра в секунду ( то есть, если он ударяет ногами о землю с максимальной с точки зрения его физиологии силой). Если бы спринтер бежал с такой скоростью все 100 метров дистанции, он преодолел бы ее за 5,18 секунды.

Но на этом история не заканчивается. В своем новом исследовании, результаты которого должны быть опубликованы в этом году, Уэйанд с коллегами обнаружил, что для максимального увеличения скорости бега необходим некий компромисс между ударом ноги о землю и сохранением частоты шагов. Отталкиваясь от земли с максимальной силой, бегун больше времени проводит в воздухе, а это приводит к уменьшению числа шагов, которые он может сделать в единицу времени, то есть, в секунду. Оптимальное соотношение частоты шага и силы удара ноги о землю у разных людей разное. Оно зависит от размера спортсмена, от длины его ноги и от скорости бега. И здесь нет никакой золотой середины.

Так какова же самая высокая скорость бега человека в соответствии с его новой моделью? Уэйанд не хочет называть конкретную цифру. «Наука не очень-то хорошо прогнозирует крайние значения», - говорит он.

Тем не менее, он отмечает, что 9 секунд на стометровке у мужчин это вполне вероятно. «Чуть больше девяти секунд это определенно возможно; не исключено и меньшее время», - говорит ученый. Такая скорость все равно не позволит нам обогнать взрослого гепарда, который является самым быстрым млекопитающим на Земле, и может пробежать 100 метров менее чем за шесть секунд.

Наука и технологии меняют пределы человеческой скорости при беге. Сегодня атлеты могут применять гормональные препараты, меняя механические свойства мышц, а ученым уже удалось настроить ДНК мышей таким образом, чтобы изменить их мышечную ткань.

«Мы как будто приходим в новый мир человеческих достижений в атлетике, когда становятся возможны самые разные улучшения показателей, - заявляет Уэйанд. – Сейчас постепенно стирается грань между тем, что естественно, и тем, что неестественно. На мой взгляд, чтобы ответить на вопрос о пределе скорости бегущего человека, нам надо просмотреть список из 10 разных условий: не должно быть допинга, воздействующего на человека на генном уровне, не должно быть специальных технологий, фармацевтических препаратов … Но продвигаясь вперед по пути прогресса, мы доходим до того, что скорость бега может меняться даже благодаря конструкции обуви. Так что этот вопрос становится ужасно сложным».