Tốc độ di chuyển nhanh kỷ lục của con người đã được xác lập từ 46 năm trước. Khi nào thì kỷ lục này sẽ bị vượt qua? Adam Hadhazy đặt câu hỏi.
Bạn đang xem: Con người có thể chạy nhanh đến mức nào?
Con người chúng ta luôn bị ám ảnh bởi tốc độ. Chẳng hạn như mấy tháng qua, đã có tin rằng các sinh viên ở Đức đã phá kỷ lục về xe điện tăng tốc nhanh nhất và rằng Không quân Hoa Kỳ có kế hoạch phát triển máy bay siêu thanh có khả năng bay nhanh gấp năm lần vận tốc âm thanh - Mach 5, tức là vượt tốc độ 6.100km/h.
Những chiếc phi cơ đó có thể không chở theo người, nhưng không phải bởi lý do là con người không thể di chuyển với tốc độ cao đến thế.
Kỷ lục về tốc độ hiện tại của con người hiện đang được đồng nắm giữ bởi ba nhà du hành không gian trên chuyến phi thuyền Apollo 10 của Nasa.
Trên đường trở về Trái Đất sau khi làm một chuyến bay vòng quanh Mặt Trăng vào năm 1969, phi thuyền của họ đã đạt vận tốc cao nhất, 39.897km/h.
“Tôi nghĩ rằng một trăm năm trước, có lẽ chúng ta không thể tưởng tượng rằng con người có thể du hành trong không gian với tốc độ gần 40.000km/h như thế,” Jim Bray từ tập đoàn không gian Lockheed Martin, nói.
Phi thuyền Orion dự định sẽ đưa các phi hành gia vào quỹ đạo thấp của Trái Đất và đó là cơ hội tốt để phá kỷ lục về tốc độ bay nhanh nhất của con người, vốn đã tồn tại từ 46 năm qua.
Nguồn hình ảnh, Science Photo Library
Chụp lại hình ảnh,
Các phi công được thử nghiệm trong môi trường ly tâm xem cơ thể họ có thể chịu đựng được tới bao nhiêu đơn vị lực G
Hỏa tiễn Space Launch System, một loại hỏa tiễn mới để đưa phi thuyền Orion vào không gian, sẽ là sứ vụ có người lái đầu tiên, dự kiến sẽ được thực hiện vào năm 2021 – bay gần đến một tiểu hành tinh nằm trong quỹ đạo của Mặt Trăng – với một chuyến đi kéo dài nhiều tháng đến sao Hỏa tiếp theo sau đó.
Hiện tại, các nhà thiết kế hình dung vận tốc tối đa của Orion nằm trong khoảng 32.000km/h. Tuy nhiên tốc độ của Apollo 10 có thể sẽ bị vượt qua thậm chí chỉ với những thiết kế cơ bản của chiếc Orion.
“Orion được thiết kế để đi đến nhiều điểm đến khác nhau trong vòng đời của nó,” Bray nói. “Tốc độ của nó có thể lên đến mức cao hơn nhiều so với những gì chúng ta dự định hiện nay.”
Ngay cả Orion cũng chưa phải là đỉnh điểm của tốc độ mà con người có khả năng đạt đến. “Không có giới hạn thực tế thật sự về tốc độ mà chúng ta có thể đi được ngoại trừ vận tốc ánh sáng,” Bray nói.
Ánh sáng xẹt qua với tốc độ khoảng một tỷ kilometre một giờ. Liệu chúng ta có thể hy vọng lấp được khoảng cách từ 40.000km/h đến vận tốc đó một cách an toàn?
Điều bất ngờ là tốc độ tự thân nó không phải là vấn đề gì đối với thể lực con người, miễn là nó được duy trì ở mức độ ổn định tương đối và di chuyển theo một hướng. Do đó, về mặt lý thuyết, con người có thể di chuyển ở tốc độ gần với giới hạn tốc độ của vũ trụ – tức là vận tốc ánh sáng.
Thế nhưng giả sử chúng ta có thể vượt qua những trở ngại kỹ thuật to lớn trong việc chế tạo ra những phi thuyền nhanh hơn thì cơ thể mong manh của chúng ta với cấu tạo đa phần là nước sẽ phải đối mặt với những nguy cơ mới do tình trạng siêu tốc độ tạo ra.
Những mối nguy hiểm có tính suy đoán cũng có thể xảy ra, nếu con người thực sự di chuyển với tốc độ nhanh hơn vận tốc ánh sáng.
Cho dù có đạt được tốc độ cao hơn 40.000km/h tới bao nhiêu đi chăng nữa, chúng ta vẫn đều phải tăng tốc (và cả giảm tốc) một cách từ từ.
Tăng tốc hay giảm tốc quá nhanh sẽ gây hậu quả khôn lường đối với các bộ phận bên trong cơ thể con người: hãy xem hậu quả đối với cơ thể con người trong các vụ tông xe khi chúng ta thay đổi vận tốc từ chỉ vài chục km/h thành đứng khựng một chỗ chỉ trong vòng có vài giây.
Đó là do ‘quán tính’ trong vũ trụ – tức là bất cứ vật thể có kích thước nào cũng kháng cự lại sự thay đổi trong tốc độ.
Khái niệm này được diễn tả trong định luật chuyển động thứ nhất của Newton: “Một vật thể đứng yên thì sẽ đứng yên và một vật thể di chuyển sẽ tiếp tục di chuyển với cùng vận tốc và cùng phương hướng trừ khi bị một lực bên ngoài tác động”.
“Đối với cơ thể con người, sự ổn định là tốt,” Bray giải thích. “Sự tăng tốc mới chính là điều khiến chúng ta phải quan ngại.”
Nguồn hình ảnh, Nasa
Chụp lại hình ảnh,
Phi thuyền Orion phải có phần vỏ che dày tới 30cm ở một số chỗ để đối phó với nguy cơ bị những mảnh vụn trong không gian va phải
Khoảng một thế kỷ trước, sự phát minh ra những phi cơ bền vững, có khả năng xoay chuyển ở tốc độ cao đã khiến các phi công gặp phải những triệu chứng kỳ lạ có liên quan đến sự thay đổi vận tốc và phương hướng.
Trong số những triệu chứng này có tình trạng mất thị lực tạm thời và có cảm giác nặng nề hoặc phi trọng lượng.
Nguyên nhân gây ra tình trạng này chính là lực G, hay còn được gọi là lực hấp dẫn. Đó là đơn vị đo lực tăng tốc đối với vật thể có kích thước như cơ thể con người.
Đây thực sự là điều không tốt đối với các phi công và hành khách. Máu sẽ tụ lại trong đầu những ai chịu tác động của lực G ngược – từ chân lên đầu.
Điều này sẽ tạo cảm giác bị tụ máu giống như khi chúng ta duy trì cơ thể ở tư thế trồng cây chuối. Mi mắt dưới sẽ bị tụ máu sưng lên phủ lấy đồng tử.
Ngược lại, khi sự tăng tốc theo chiều thuận từ đầu xuống chân thì mắt và não sẽ mất ô-xy do máu tụ lại ở điểm thấp của cơ thể. Thị giác sẽ bị mờ đi vào lúc đầu và sau đó sẽ là mất hoàn toàn thị lực – tức là tối đen hoàn toàn. Những tác động của lực G này sẽ khiến chúng ta trở nên bất tỉnh ngay lập tức.
Một người bình thường có thể chịu được năm đơn vị lực G từ đầu xuống chân trước khi rơi vào trạng thái bất tỉnh.
Các phi công mặc những trang phục đặc biệt chịu được lực G cao và được huấn luyện để giữ cho máu không bị dồn ra khỏi phần đầu vẫn có thể điều khiển máy bay ở khoảng chín đơn vị lực G.
“Trong những khoảng thời gian ngắn, cơ thể con người vẫn có thể chịu đựng mức cao hơn nhiều so với mức chín đơn vị lực G,” Jeff Sventek, giám đốc điều hành Hiệp hội Y khoa Hàng không có trụ sở ở Alexandria, tiểu bang Virginia, nói. “Nhưng để chịu được mức độ đó trong thời gian lâu thì không phải ai cũng làm được.”
Nguồn hình ảnh, US Air Force
Chụp lại hình ảnh,
Di chuyển ở tốc độ Mach 5 là điều tuy thể lực con người có thể chịu được, nhưng có những rắc rối khác phát sinh
Nếu chỉ trong những khoảng khắc ngắn thì con người chúng ta có thể chịu được lực G cao hơn nhiều mà không gặp thương tổn nặng nề.
Kỷ lục chịu lực G chớp nhoáng thuộc về Eli Beeding, một đại úy Không lực Hoa Kỳ. Ông đã lái một chiếc phi thuyền được đẩy bằng hỏa tiễn đi giật lùi hồi năm 1958 và máy đo đã ghi nhận 82,6 đơn vị lực G trên ngực ông khi phi thuyền tăng tốc đến khoảng 55km/h trong khoảng 1 phần 10 giây. Ông chỉ bị những vết bầm ở lưng sau lần thử nghiệm về sức chịu đựng phi thường của con người.
Các phi hành gia, tùy vào loại phi thuyền mà họ lái, cũng đã trải qua những mức lực G rất cao – vào khoảng từ ba đến tám đơn vị G khi cất cánh và khi bay trở lại vào bầu khí quyển.
Những tác động lực G này đa phần không nguy hiểm và tác động từ trước ra sau nhờ vào một phương pháp thông minh là giữ chặt các phi hành gia vào ghế với mặt nhìn thẳng vào hướng đang di chuyển.
Một khi đã đạt tốc độ di chuyển ổn định khoảng 26.000 km/h trong quỹ đạo, các phi hành gia sẽ không còn có cảm giác về tốc độ cực nhanh nữa, mà sẽ chỉ cảm thấy sự di chuyển giống như những người đi trên máy bay chở khách mà thôi.
Tuy lực G không phải là vấn đề cho những chuyến du hành dài hơi của phi thuyền, nhưng đá sỏi vũ trụ thì có.
Để bảo vệ phi thuyền và phi hành đoàn, Orion có một lớp bảo vệ phía ngoài với độ dày từ 18 đến 30 cm tùy chỗ cùng với những lớp che và những thiết bị thông minh khác.
“Để chuyến bay quan trọng không bị thất bại, đối với toàn bộ phi thuyền chúng tôi phải xem xét xem đá vũ trụ có thể đến từ góc độ nào,” Bray nói.
Đá sỏi vũ trụ không phải là trở ngại duy nhất đối với các chuyến du hành không gian trong tương lai khi mà con người có thể có thể di chuyển với tốc độ cao hơn.
Trong một chuyến du hành đến sao Hỏa, các vấn đề thực tế khác cần phải được giải quyết, trong đó có nguồn cung thực phẩm cho các phi hành gia và nguy cơ cao mắc bệnh ung thư do phải đối mặt với phóng xạ vũ trụ. Tuy nhiên rút ngắn thời gian du hành có thể giảm nhẹ những nguy cơ này một cách đáng kể.
Yêu cầu về tốc độ sẽ đặt ra những trở ngại mới. Những phi thuyền mới của Nasa vốn có khả năng phá kỷ lục của Apollo 10 vẫn sẽ phải dựa vào hệ thống hỏa tiễn đẩy vốn được sử dụng kể từ những chuyến du hành không gian đầu tiên.
Tuy nhiên, những hệ thống này lại có những hạn chế về tốc độ nghiêm trọng do những hạn chế về nguồn cung cấp năng lượng thấp.
Do đó, để đạt được tốc độ di chuyển nhanh hơn nhiều cho những chuyến du hành của con người đến sao Hỏa và những nơi xa hơn nữa, các nhà khoa học đã nhận ra rằng họ cần phải có cách tiếp cận mới. “Các công nghệ mà chúng ta có hiện nay đã đủ để đưa chúng ta đến đó,” Bray nói. “Nhưng chúng ta cần có một cuộc cách mạng về động cơ đẩy.”
Nguồn hình ảnh, Nasa
Chụp lại hình ảnh,
Đội du hành gia tàu Apollo 10 có lẽ là những người đã di chuyển nhanh nhất trong lịch sử nhân loại - nhưng họ sẽ giữ kỷ lục được trong bao lâu nữa?
Eric Davis, một nhà vật lý tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Austin và là cộng tác viên của Chương trình Đột phá động cơ đẩy của Nasa, một dự án nghiên cứu kéo dài sáu năm và kết thúc hồi năm 2002, nêu ra ba trong số những phương tiện hứa hẹn nhất để đưa con người đến tốc độ di chuyển hợp lý giữa các hành tinh.
Nói một cách vắn tắt thì đó là các phương pháp phân chia nguyên tử, hợp nhất nguyên tử, và triệt tiêu hiện tượng phản vật chất.
Phương pháp thứ nhất là sự phân chia nguyên tử ra như thực hiện ở các lò phản ứng hạt nhân thương mại. Phương pháp thứ hai là sự dung hợp – tức là kết hợp các nguyên tử lại thành những nguyên tử nặng hơn, vốn là phản ứng tạo nên sức mạnh của Mặt Trời và hiện vẫn là một công nghệ còn nằm ngoài tầm với.
“Đây là những công nghệ tân tiến,” Davis nói, “nhưng chúng thuộc về vật lý quy ước và đã được định hình kể từ ngày đầu của Kỷ nguyên Nguyên tử.”
Nếu nhìn nhận một cách lạc quan thì các hệ thống đẩy khác nhau dựa trên các khái niệm phân hạch và dung hợp về mặt lý thuyết có thể tăng tốc phi thuyền lên đạt đến mức 10% tốc độ ánh sáng, tức 100.000.000 km/h.
Cách hay nhất để tạo động lực cho các phi thuyền siêu nhanh là áp dụng nguyên lý phản vật chất, dùng 'vật chất song trùng' để điều tiết vật chất.
Ngày nay đã có những công nghệ tạo ra và tích trữ một lượng rất nhỏ thứ 'phản vật chất' - tức vật chất song trùng.
Việc sản xuất ra chất 'phản vật chất' ở mức độ có thể sử dụng được sẽ cần phải có các công nghệ đời mới hơn, và chúng ta sẽ còn vấp phải nhiều thách thức về mặt kỹ thuật trong vấn đề này. Tuy nhiên,David cho biết đã có nhiều ý tưởng hay đã được đề xuất.
Với động cơ được đẩy bằng chất 'phản vật chất', các phi thuyền có thể tăng tốc trong khoảng thời gian từ nhiều tháng đến nhiều năm cho đến khi nó đạt đến tỷ lệ rất cao của tốc độ ánh sáng và giữ cho lực G ở mức độ có thể chấp nhận được đối với các phi hành gia. Tuy nhiên, tốc độ mới này sẽ đặt ra những nguy cơ mới đối với cơ thể con người.
Ở tốc độ và trăm triệu km/h, mỗi hạt bụi trong không gian, từ phân tử hydrogen lạc ra cho đến sỏi vũ trụ, đều sẽ trở thành những viên đạn cực mạnh đập vào thân tàu.
Mặc dù có mật độ chỉ vào khoảng một phân tử trong một cm khối, lượng hydrogen bao quanh của vũ trụ sẽ trở thànhh một lượng bức xạ cực kỳ mạnh mẽ.
Các phân tử hydrogen sẽ tan ra thành những hạt nhỏ hơn phân tử có khả năng đi xuyên vào thân tàu và gây hại cho phi hành đoàn và thiết bị.
Ở tốc độ khoảng 95% vận tốc ánh sáng, tác hại này lên đến mức gần như có thể gây chết người ngay tức thì.
Nhiệt độ phi thuyền cũng sẽ tăng lên đến mức độ tan chảy của gần như tất cả mọi thứ, trong khi nước bên trong cơ thể các phi hành gia sẽ sôi ngay lập tức.
Marc Millis, một nhà vật lý học về động lực đẩy và từng là người đứng đầu Chương trình Đột phá Vật lý Động cơ đẩy của Nasa, lưu ý rằng giới hạn tốc độ di chuyển này của con người vẫn còn là một nỗi lo xa vời.
“Dựa trên những kiến thức vật lý chúng ta có được cho tới nay thì rất khó đạt được tốc độ vượt quá 10% vận tốc ánh sáng,” Millis nói. “Chúng ta vẫn chưa gặp mối nguy hiểm đó. Để so sánh, chúng ta không cần phải lo chết đuối nếu như chúng ta thậm chí còn chưa xuống nước.”
Người chạy nhanh nhất trên thế giới hiện nay là vận động viên người Jamaica Usain Bolt, người đã chạy nước rút 100m tại Thế vận hội mùa hè năm 2008 ở Bắc Kinh với kỷ lục thế giới là 9,58s - tương đương với khoảng 37,6km/h (23,4 dặm/giờ). Trong một khoảng thời gian ngắn ngủi của cuộc chạy nước rút đó, Bolt đã đạt tốc độ đáng kinh ngạc 12,3m/s (27,51 dặm/giờ hoặc 44,28 km/h).
Là một hoạt động thể chất, chạy có chất lượng khác với đi bộ. Khi chạy, chân của một người gập lại và các cơ bị kéo căng một cách mạnh mẽ và sau đó co lại trong quá trình tăng tốc. Thế năng hấp dẫn và động năng có sẵn trong cơ thể của một người thay đổi khi trọng tâm của khối lượng cơ thể thay đổi. Điều đó được cho là do sự giải phóng và hấp thụ luân phiên trong các cơ.
Những vận động viên chạy bộ ưu tú
Các học giả tin rằng những người chạy nhanh nhất, những người chạy nước rút ưu tú, là những người chạy một cách tiết kiệm. Điều đó có nghĩa là họ sử dụng một lượng năng thấp thấp trên một đơn vị quãng đường chạy. Khả năng làm điều đó cũng bị ảnh hưởng bởi sự phân bố sợi cơ, tuổi tác, giới tính và các yếu tố trắc học khác. Song người chạy nhanh nhất trong số những người chạy ưu tú thì là những người đàn ông trẻ tuổi.
Vận tốc có thể đạt được của người chạy cũng bị ảnh hưởng bởi các biến số cơ sinh học, có phần được cho là do chu kỳ dáng đi của người chạy dù còn nhiều tranh cãi. Các yếu tố được cho là ảnh hưởng đến vận tốc của một người có thể kể đến như thời gian tiếp xúc mặt đất ngắn hơn, tần suất sải chân thấp hơn, thời gian xoay người dài hơn, góc sải chân lớn hơn và sải chân dài hơn.
Đặc biệt, người chạy nước rút tối đa hóa khả năng tăng tốc và các vận tốc nước rút tối đa của họ bằng cách tác dụng các lực mặt đất có khối lượng riêng lớn hơn, cụ thể là vận tốc ngang mắt cá chân, thời gian tiếp xúc và tốc độ bước.
Những vận động viên chạy đường dài
Khi xem xét vận tốc, các nhà nghiên cứu thể thao cũng tìm đến những vận động viên chạy đường dài - những người chạy với cự li từ 5km đến 42km (3 dặm và 26 dặm). Những người chạy nhanh nhất trong số này sử dụng áp lực bàn chân đáng kể (lượng áp lực mà bàn chân đặt lên mặt đất) cũng như những thay đổi trong các thông số cơ sinh học, chuyển động của chân đo được theo thời gian và không gian.
Nhóm chạy marathon nhanh nhất (giống như nhóm của cuộc chạy nước rút) là nam giới trong độ tuổi từ 25 đến 29. Những người đàn ông này có vận tốc trung bình từ 170-176 mét/phút, dựa trên các cuộc chạy marathon ở Chicago và New York từ năm 2012 đến năm 2016.
Vì cuộc đua marathon ở New York chạy theo từng đợt (nghĩa là có 4 nhóm vận động viên bắt đầu cuộc đua với khoảng cách khoảng 30 phút) nên có sẵn thống kê về vận tốc của người chạy ở các đoạn 5km trong suốt cuộc đua. Lin và các đồng nghiệp đã sử dụng dữ liệu đó để chứng minh khái niệm về một yếu tố của tốc độ là sự cạnh tranh; các vận động viên tăng tốc và thay đổi vị trí thường xuyên hơn vào cuối chặng đua.
Giới hạn trên
Vậy con người có thể chạy nhanh đến mức nào? So với các loài động vật khác, con người chạy rất chậm. Động vật chạy nhanh nhất được ghi nhận là báo cheetah với tốc độ 70 dặm/giờ (112km/h); thậm chí Usain Bolt chỉ có thể đạt được một phần nhỏ so với tốc độ đó. Nghiên cứu gần đây về những vận động viên chạy ưu tú đã khiến các chuyên gia y học thể thao Peter Weyand và các đồng nghiệp đề xuất trong các báo cáo báo chí rằng giới hạn trên có thể đạt đến 35-40 dặm/giờ: nhưng không có học giả nào sẵn sàng đưa ra con số về giới hạn trên trong một ấn phẩm được bình duyệt cho đến nay.
Số liệu thống kê
* Theo Rankings.com, ba nam và ba nữ chạy nước rút nhanh nhất thế giới hiện nay là:
- Usain Bolt (Jamaica), 9,58 giây, lập tại Thế vận hội mùa hè 2008 ở Bắc Kinh, 10,44 m/s.
- Tyson Gay (Hoa Kỳ) 9,69, trong các Thử nghiệm Olympic 2008, 10,32 m/s.
- Asafa Powell (Jamaica) 9,72, làm nóng tại IAAF Rieti Grand Prix 2007 10,29 m/s.
- Florence Joyner Griffith (Mỹ) 10,49, Thế vận hội 1988 tại Seoul, 9,53 m/s.
- Carmelita Jeter (Mỹ) 10,64, Giải Grand Prix Vàng Thượng Hải, 2009, 9,40 m/s.
- Marion Jones (Mỹ), 10,65, IAFF World Cup, 1998, 9,39 m/s.
* Ba người chạy marathon nhanh nhất, nam và nữ, là, theo Runners World:
- Dennis Kimetto (Kenya), 2:02:57, Berlin Marathon 2014.
- Kenenisa Bekele (Ethiopia), 2:03:03, Berlin 2016.
- Elud Kipchoge (Kenya), 2:03:05, London 2016.
- Paula Radcliffe (Anh), 2:15:25, London, 2003.
- Mary Keitany (Kenya) 2:17:01, London, 2017.
Xem thêm: Những Câu Nói Làm Người Yêu Cảm Động Hay Nhất Thế Giới, Những Câu Nói Làm Người Yêu Cảm Động Hay Nhất
- Tirunesh Dibaba (Ethiopia) 2:17:56, London, 2017.
Những người chạy nhanh nhất trên thế giới
| Vận động viên | Dặm trên giờ | Kilômét/giờ |
| Usain Bolt | 23.350 | 37.578 |
| Tyson Gay | 23.085 | 37.152 |
| Asafa Powell | 23.014 | 37.037 |
| Florence Joyner Griffith | 21.324 | 34,318 |
| Carmelita Jeter | 21,024 | 33,835 |
| Marion Jones | 21,004 | 33,803 |
| Dennis Kimetto | 12,795 | 20,591 |
| Kenenisa Bekele | 12,784 | 20,575 |
| Elud Kipchoge | 12,781 | 20,568 |
| Paula Radcliffe | 11,617 | 18,696 |
| Mary Keitany | 11,481 | 18,477 |
| Tirunesh Dibaba | 11,405 | 18,355 |