當羅伯托·卡洛斯在1997年的四國邀請賽上踢進那記匪夷所思的任意球后，人們的表情不亞于美國人阿姆斯特朗1969年月球行走的那次。不管是過去還是現(xiàn)在，人們在形容事物某種不可思議的運動軌跡時，都喜歡說“這根本是顛覆了物理學(xué)的原理”。然而，隨著現(xiàn)代科學(xué)的進步，人類早已對外太空的探索習(xí)以為常，而他們也開始用物理學(xué)的辨證眼光來重新對待曾經(jīng)讓他們感到驚奇的足球。

環(huán)境影響物理

如果時光可以倒流的話，你會發(fā)現(xiàn)很多東西研究起來都會非常美妙。北京奧運會上，博爾特以9秒69和19秒30兩項破世界紀錄的成績分別獲得了男子100米和200米短跑冠軍，再來看看1936年柏林奧運會上的美國短跑名將杰西·歐文斯，后者當時的成績是10秒30（100米）和20秒70（200米），恐怕很多人心中都會有一個疑問：博爾特真的比歐文斯快嗎？足球界也流傳過這樣的設(shè)問：如果卡洛斯站在月球上，他還能踢出那記旋轉(zhuǎn)強烈的任意球嗎？

也許并不需要把博爾特送回到1936年，更用不著把正在土耳其“養(yǎng)老”的巴西人送上月球，你就能很容易得出結(jié)論。人類文明的進步似乎并不在于對未來的探索，而是對過去的炫耀，這是種悲哀，卻也是自省。歐洲足球界很喜歡將現(xiàn)在的球星和過去的作對比，這個現(xiàn)象其實在所有體育項目里都存在。很明顯他們都犯了物理學(xué)參照物上的常識性錯誤——歷史空間的跨度讓他們的幼稚假設(shè)根本不復(fù)存在。也就是說，博爾特和歐文斯在各自年代比賽時的參照物和作用力都是不同的，不同的作用力來自場地、風(fēng)速、運動員的跑鞋，甚至四周觀眾的吶喊。曾經(jīng)聲稱“上帝賜予我天賦，但你在黑煤屑上永遠跑不進10秒”的百米飛人劉易斯打破了自己的預(yù)言，但他卻把功勞歸予了當時還是新生事物的塑膠跑道和起跑器。北京奧運會的主場館國家體育場（“鳥巢”）擁有更加完美的比賽設(shè)施，貧窮的杰西·歐文斯時代又有些什么呢？

羅伯托·卡洛斯這輩子估計是難以登月了，但只需要把他放到一塊坑坑洼洼的草皮上，那場地效果也相差無幾。這樣的場地，草皮和足球之間的縫隙很小，難以將球搓起，也就無法談到我們文章后面要說到的“馬格努斯現(xiàn)象”了。除了場地因素外，當時法國隊的人墻站位和守門員站位也都是隨機的，很多任意球高手都喜歡在罰球時來一個“斯諾克撞球”，但有時候沖撞卻無法入袋，反而成了排球的攔網(wǎng)出界。所以包括卡洛斯在內(nèi)的許多任意球高手，每次主罰的任意球都不可能一樣。不過，雖然每次不一樣，但卻有一個不容忽視的現(xiàn)象：在足球比賽里依靠任意球得分的比例逐步上升，但這并不全是球員個人能力的體現(xiàn)。足球制品、球鞋甚至鞋襪的設(shè)計都在一定程度上推動了足球運動的發(fā)展，而這些設(shè)計理念最基本的依據(jù)都來源于物理學(xué)。

幾乎所有人都忽視了一點：博爾特并不是在和歷史里的歐文斯競爭，而卡洛斯也不是在和他之前或之后所有的任意球大師競爭，實際上他們都是在和力作斗爭。遺憾的是，由于參照物和每次作用力及反作用力的不同，產(chǎn)生的結(jié)果也各不相同。如果你最大限度地利用了力，你就獲得了勝利；如果你被力所牽制，對你就意味著失敗。換句話說：你應(yīng)該和力做朋友，而不是作斗爭。

足球的物理解釋

體育運動里有很多現(xiàn)象都能從物理學(xué)角度進行解釋：長指甲在游泳運動中能幫助選手在水中更快地觸摸終點，但籃球運動員的長指甲卻可能讓他們失去手感；俄羅斯體育界認為女性懷孕后能獲得比之前更優(yōu)秀的成績，歐洲足球界則認為羅圈腿能更容易掌握好腳下的足球。足球教練每一場臨場指揮就像一次物理學(xué)的研究過程，他需要對場上瞬息萬變的形勢作出快速的判斷，并安排出最有效的排列組合，以實現(xiàn)力量利用的最大化。

實際上，在全球化體育運動高速發(fā)展的今天，追求“力量最大化”已經(jīng)不是什么困難的事。歐洲體育界對運動物理學(xué)的研究由來已久，越來越多的體育項目也正在享受力量給他們帶來的好處。但是，這些項目大部分為單人競技項目，比如游泳、撐竿跳高和田徑等。所以在足球運動中，物理學(xué)理論還局限在定位球戰(zhàn)術(shù)安排和對周邊環(huán)境的研究上。英格蘭足總的訓(xùn)練教材里就將運動學(xué)和力學(xué)的理論作為重要篇幅予以介紹，俱樂部要求教練員對物理學(xué)的理解也比以往更加苛刻。在業(yè)界看來，對年輕球員的不正當使用和讓球員錯誤地出現(xiàn)在不該出現(xiàn)的位置屬于量子物理的范疇，而一些超負荷的損耗訓(xùn)練和帶有傷害性的拼搶動作則違背了基本的力學(xué)原理。

英國巴斯大學(xué)運動學(xué)教授肯·布雷在一次亞洲足球科學(xué)研討會上說：“足球運動早就不是一項單純的競技運動，科學(xué)已經(jīng)滲透到足球的方方面面，即使是我們常說的任意球弧線、角球的速度、控球路線以及對點球的撲救，看似球員在場上的個性發(fā)揮，實際上都有章可循?！笨系陌l(fā)言其實蘊含了足球界的某種愿望，如果能夠?qū)ふ也?fù)制出那些奇跡背后的原理，那么就能復(fù)制出無數(shù)天才和勝利的時刻。這點我們在第一季的“明星學(xué)院”里曾多次提過，關(guān)于足球?qū)W問的出發(fā)點就是促進球隊獲得勝利和進步。那么我們本期“明星學(xué)院”要提到的足球物理學(xué)，是否也具備這種能力呢？

至少從目前的發(fā)展形勢看，足球運動還無法直接利用物理學(xué)為自己帶來勝利，但物理學(xué)對足球最大的貢獻并不在此，而是它在很大程度上促進了其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，這就像營養(yǎng)學(xué)和生理學(xué)的進步改善了球員的骨骼和身體條件，而優(yōu)良的身體條件又能為球員獲得更多的優(yōu)勢。阿森納主教練溫格就是運動物理學(xué)方面的專家，在他的影響下，英格蘭大部分俱樂部改變了原來枯燥的訓(xùn)練方式和飲食習(xí)慣，并先后引進了先進的技術(shù)軟件，俱樂部通過這些軟件來對球員的個人身體和技術(shù)特點進行分析，或者研究陣型和戰(zhàn)術(shù)。對球員的踢球技巧也能通過動力學(xué)來進行精確評估，評估的范圍既包括界外球這樣的基本技術(shù)，也包括一些諸如定位球和頭球進攻等較為復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)。

讓人遺憾的是，大部分足球教練并沒有認識到物理學(xué)在足球比賽和訓(xùn)練中的重要性，他們都是經(jīng)驗主義者，像當年阿森納的格拉漢姆那樣，只進行簡單和粗暴的訓(xùn)練，拒絕繁瑣和復(fù)雜的線路變化；或者是樂觀主義者，以為球員穿上了先進的球鞋，他們的能力就能像撐竿跳高運動員那樣從竹竿變到纖維竿后成績?nèi)〉蔑w躍。比樂觀主義和經(jīng)驗主義更可惡的當屬“霸權(quán)主義”，他們拒絕任何有關(guān)足球的科學(xué)解釋。1998年世界杯八分之一決賽英格蘭隊被阿根廷隊在點球大戰(zhàn)中淘汰后，英國的一位物理學(xué)家迫不及待地寫信給時任英格蘭隊主教練霍德爾：“從物理學(xué)的角度來看，成功率最高的點球應(yīng)該是緊貼著地面滾入大門的，一個身體素質(zhì)良好的守門員很容易向上或向左右兩側(cè)跳躍，以撲出點球……但是當他用手向下?lián)淝驎r，他的重心必須急速下降，而手部向下移動的速度平均只有32英尺每秒——這種移動受到地球引力的影響，與皮球前沖的速度相差很遠，所以貼著地面的點球是守門員最難撲出的球。然而您選擇了巴蒂（戴維·巴蒂，英格蘭隊最后一個主罰點球，未罰中），巴蒂又選擇了一種成功率最低的半高球?！睂τ谖锢韺W(xué)家的建議，霍德爾顯得十分不屑，很快就用一封充滿諷刺味的書信予以回擊。

卡洛斯的物理學(xué)

如果矮小的卡洛斯真的站在月球上，他的那記神奇任意球還能成真嗎？事實是，如果能克服理論上的種種困難，這種情況很有可能實現(xiàn)。不過足球比賽終究還是在地球上進行的，而踢出那種弧線的難度也比在月球上行走容易得多。問題是，當你今后無數(shù)次見證類似卡洛斯那樣的世界波時，你還會將這些不可思議的奇跡僅僅歸于球員個人技術(shù)，或者認為是上天賜予的禮物嗎？

即使是最富于幻想力的足球研究者，也試圖從科學(xué)角度來解析足球界那些不尋常的現(xiàn)象，這就像人們盡管被UFO和幽靈的故事所吸引，但仍然相信世界上有一種學(xué)說能夠解釋這些特殊現(xiàn)象。的確如此，上天的恩賜的確美妙，但足球要的不是禮物，而是真理。足球界根本無法解釋卡洛斯那粒怪異的入球，法國媒體只能作出這樣蒼白的解釋：“根據(jù)牛頓第三定律，當某物體向右移動時，來自與該物體相斥的風(fēng)速會對其起反作用?！痹诳茖W(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)被看作是整個地球構(gòu)成的基礎(chǔ)學(xué)科，任何運動和學(xué)術(shù)的發(fā)展規(guī)律都來自于物理學(xué)概念，在他們遇到某些看起來不可能發(fā)生的世界奇觀時，便會認為其超越了物理學(xué)的范疇。事實上，有關(guān)卡洛斯任意球的“牛頓第三定律”解釋根本就是含混不清。

其實，最能夠解釋卡洛斯這種怪異的“自旋物體側(cè)向偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象”的人不是牛頓，而是德國物理學(xué)家古斯塔夫·馬格努斯。盡管馬格努斯一直在試圖說明的是為什么旋轉(zhuǎn)的彈殼會偏向一方，但一個奇怪的現(xiàn)象卻是，當人們談?wù)撈稹榜R格努斯效應(yīng)”時，大部分人最先想到的都是足球：由于足球是具有彈性的物體，所以其運動規(guī)律適用于流體力學(xué)效應(yīng)。在流體力學(xué)中，如果繞軸旋轉(zhuǎn)著的圓柱體在作橫向運動時，將承受流體給予的與運動方向相垂直的力，這種現(xiàn)象被稱為“馬格努斯效應(yīng)”。如果擊球的合力不通過球心，則球在產(chǎn)生向前運動的同時還產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，一些任意球高手踢出的“香蕉球”，正是利用“馬格努斯效應(yīng)”在向前運動的過程中產(chǎn)生的橫向漂移。

下期課程預(yù)告：足球訓(xùn)練學(xué)