巴黎奥运会,谁是地球上跑得最快的人?从百米冲刺到星际探索的人机协力

文摘   2024-08-04 10:03   美国  

100米跑世界纪录保持者是牙买加的尤赛恩·博尔特(Usain Bolt),成绩是9.58秒,他在2017年退役。博尔特的平均速度约10.44米/秒,他的加速主要集中在起跑前半段,约前40米内,加速度从约 10米/秒^2逐步降为0,从静止加速到最高速度,用时约1~3秒之间。牙买加新秀基尚·汤普森(Kishane Thompson)在本届奥运选拔赛中跑出9.77秒,在巴黎奥运会中,他会成为地球上最快的人吗?

1.

奥运会怎么测量跑步运动员的速度和加速度呢?
  • 电子计时系统:通过在赛道上设置多个计时点(例如每5米)记录运动员通过每个计时点的时间,从而计算出运动员在每个分段的速度和加速度。计时在发令枪响起时自动开始,并在运动员冲过终点线时停止。在终点线处安装的高速摄像机,捕捉每位运动员冲过终点的精确时刻。

  • 速度-时间图:通过电子计时系统记录的数据,可以绘制速度-时间图,从而可以计算出加速度。
  • 雷达测速仪:在训练中,教练可以使用雷达测速仪实时测量运动员的精确速度,用于分析运动员的表现。
  • 加速度传感器:在高水平的训练和研究中,会把加速度传感器佩戴在运动员身上,实时记录运动员的加速度数据。

2.

人类跑得最快的运动员 VS 最快的火箭

NASA发射的用于观测太阳日冕和太阳风的帕克太阳探测器,预计在到达接近太阳时的最高速度约69万公里/小时,此时距太阳表面仅约610万公里(地球和太阳间平均距离约1.5亿公里,即1个天文单位)。火箭的加速度取决于火箭的推进系统和发射质量,一般来说,火箭初始加速度大约在 3g 到 4g,即29.4米/秒^2到 39.2米/秒^2,g 是地球重力加速度,NASA未公布其最大加速度,但可能达到10g,和人不一样,其起始加速度较小。帕克太阳探测已经好几次接近太阳进行观测,如果以博尔特的最高速度(10.44米每秒)不间断地跑向太阳,将需要大约454年才能到达太阳。

火箭的速度和加速度是其性能的其中2个关键指标,其测量方法有多种:
  • 地面雷达跟踪:用地面高精度雷达追踪火箭位置,通过测量火箭的位置变化与时间的关系,可以计算出速度和加速度。
  • GPS追踪:用全球定位系统(如GPS、格洛纳斯、北斗、伽利略、准天顶等)接收器,分析从GPS接收到的数据,可以实时监控火箭的速度和轨道状态。
  • 惯性测量单元(IMU):惯性测量单元是一种包含加速度计和陀螺仪的设备,能够测量和记录火箭的加速度和旋转。火箭在发射过程中若没有外部信号,可以利用惯性测量单元进行自我导航和定位
  • 光学追踪:使用望远镜和高速摄像机从地面或空中追踪火箭。通过分析所捕获的图像和视频,可以计算出火箭的位置、速度和加速度。
  • 推力和质量分析:通过了解火箭的发动机推力和质量,可以使用物理公式来计算理论上的速度和加速度。取决于对火箭系统详细的理解和工程数据的精确性。

这些方法各有优缺点,通常在火箭发射和测试过程中综合使用多种技术来确保数据的准确性和可靠性。

奥运会100米短跑冠军的速度虽然在人类中是极限,但与太空火箭相比,无论是速度还是加速度都相差悬殊。因为需要逃离地球引力,人类设计的火箭的速度和加速度远远超出人类的运动能力,而运动员受限于人体的生物机械性能,其速度和加速度相比于火箭都很小。没有火箭等工具,马斯克去不了火星,人类也无法去其他星球露营。

3.

人类与机器的比赛中,谁胜出🏅?
在讨论人类与机器的比赛中,我们可以从多个角度进行探讨。
技术与能力的界限
  • 计算与数据处理:在需要大量数据处理和高速计算的任务中,如国际象棋、围棋或任何需要复杂策略和预测的游戏,电脑程序(例如IBM的深蓝、Google的AlphaGo)已经证明可以超越最优秀的人类玩家。机器可以无间断地、快速准确地执行算法,分析数百万种可能性,而这是人类大脑无法比拟的。
  • 物理限制:在许多物理任务中,例如航天、深海探索或微小精密手术,机器和机器人可以执行人类无法或难以承受的任务。它们可以承受极端的环境条件,比如高压、辐射或极端温度,这些条件对人类来说是致命的。
  • 速度与耐久性:在速度和持久力要求极高的比赛中,如前面提到的帕克探测器飞往太阳的情景,机器的性能远超人类。比如,最快的车辆或飞行器在速度上远超任何人类运动员。

人类与机器(未来主要是人工智能)的协作
尽管机器在某些领域展示了显著的优势,但机器依然离不开人类的创造和指导。实际上,人类与机器的合作正在开拓新的可能性。这种互助关系,即机器辅助人类、人类优化机器,正逐步实现人机融合。随着机器智能的高度发展,其创造力潜力几乎无限,这可能会导致实现共产主义。这是马克思和恩格斯在其时代背景下所未能预见的,他们曾认为共产主义的实现只能依赖于无产阶级革命。
  • 增强现实与协同机器人:在许多工业和医疗场景中,人类与机器的结合使用可以增强人类的能力,提高效率和安全性。例如,手术机器人可以在医生的控制下进行精确操作,而增强现实技术可以帮助工人在复杂的工程任务中做出更好的决策。
  • 创意与策略:在创意和策略的生成中,人类的直觉和经验经常与机器的计算能力相结合,创造出无法单独由人或机器完成的结果。例如,设计、艺术创作和科学研究中,人机合作已经开始展现出强大的潜力。

总之,尽管机器在许多方面超越人类的物理和计算能力,但人类的直觉、创造力和决策能力仍然是机器难以复制的。在未来,人类与机器的关系更多地是互补而非对抗,共同探索和解决世界上最复杂的问题。

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