世界杯的科学---足球的基本原理

　　世界杯开战的号角就要吹响，32路好手真的准备好了吗？或者说，他们中有谁真正掌握了足球的基本原理？他们对任意球的弧线、角速度以及传接球的变化到底了解多少？足球比赛被认为是一门艺术，但更是一门科学，正如肯·布雷所说，每支队伍都需要一个爱因斯坦。

　　身体状况至关重要

　　如果问征战世界杯的任何一名教练，一支球队所应具备的最重要的东西是什么，你将得到这样的答复——“身体状况”。光有技术不等于万事大吉，如果队员无法坚持90分钟艰苦的比赛或是在加时赛中完全丧失体力的话，等待他们的可能只有四个字——必败无疑。这没有什么好惊讶的。

　　队员在比赛中奔跑的时间决定了他们的体能消耗情况，但很多年以来，有关体能消耗的数字却只是凭猜测得出来的。1976年，利物浦理工学院(现在的利物浦约翰摩尔大学)的2位科学家托马斯·雷利和沃恩·托马斯，对体力消耗进行了精确的测算，揭示了其中的玄机：中场队员的体能消耗是最大的，在每场比赛中奔跑的距离长达9.8千米；前锋和后卫紧随其后，分别是8.4千米和8.2千米；中卫相对较少，奔跑距离为7.8千米；令人不可思议的是，守门员的奔跑距离也在4千米左右。

　　在当今高节奏的比赛中，队员奔跑的距离提高了近30%，正如下图显示，在90分钟的比赛中，史蒂文·杰拉德和弗兰克·兰帕德等中场队员的奔跑距离接近13000米。有关球员跑动情况的研究也显示，在平均强度的比赛中，球员一般要完成1000多个动作，例如疾跑、阻截、头球、掷球、休息等等。每5到6秒就要出现一次动作转换；每90秒要有一次疾跑；就一般情况而言，每2分钟球员要休息3秒。

　　但最令人吃惊的是，在整场比赛的长途奔袭中，球员只有2%的时间是在带球。可以说，足球比赛变成了一场基本上与球无关的运动，这也就是为什么在图像受限的电视直播/转播中，观众往往产生错误的印象。

　　类似这样的研究对足球生理学产生意义深远的影响，尤其是针对体能训练。90分钟消耗的能量大约相当于正常男子每天所摄入的卡路里(热量)的66%。食物(意大利面食、马铃薯、面包等)中所含的碳水化合物会生成肝糖原，这种“燃料”可以对人体产生巨大的影响：肝糖原与我们呼入的氧气结合“燃烧”后分解成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环为肌肉组织提供能量。

　　因此，对于足球运动员来说，补充肝糖原是至关重要的，一场比赛过后，储存在肝脏和肌肉中的肝糖原经常被消耗殆尽。在高强度训练过后，身体中肝糖原的潜能在最初几个小时内达到顶峰，这也就是为什么碳水化合物饮料如此盛行了。但合理的饮食结构仍是必不可少的，如果球员采纳营养学家的建议，身体在24小时之内完全恢复过来是可以实现的。

　　德国夏季的环境状况堪称完美，不会出现1970年和1986年墨西哥世界杯中的高原反应问题，更不会遭受2002年韩日世界杯中湿气的侵扰。随着比赛的激烈进行，队员身体状况的重要性愈显突出，为确保高强度比赛后快速恢复体力，除了应注意饮食和休息外，比赛队员的合理轮换也是非常重要的。

　　心理能量必不可少

　　如果没有生理能量和心理能量的协同作战，任何高标准的比赛都是无法完成的，所谓的心理能量就是运动心理学通常所说的“生理觉醒”。比赛能力和“觉醒”是密不可分的，就一般情况来说，队员能力的提高往往伴随着“觉醒”的增强。根据这一图表显示，队员的状态在达到某一顶峰后开始下降，为什么会有这种情况发生，我们很难加以解释。

　　最完美的足球技术是能够做到绝对精确，但强迫自己达到这种状态会带来一些麻烦。俗话说欲速则不达，过分在意的球员往往招致失败的命运。有些时候，这种失败可能是灾难性的。运动员的状态并不是一点一点丧失的，而是突然性的，尤其是面对某些重大比赛的时候，他们根本无法发挥出应有的水平。类似这样的事情就曾经在保拉·拉德克里夫身上发生过，当时，她在2004年雅典奥运会的马拉松比赛中真的是一败涂地。

　　所以说，将队员的竞技状态达到顶峰是非常重要的，但教练面临的问题是队员自身情况存在差异：一些最紧张的队员可以很快达到“觉醒”的顶峰，而其他队员则需要更多的刺激。赛场形势瞬息万变，保持最佳状态确实存在一定的难度。当队员面临巨大的心理压力时——比如说发点球，过硬的心理素质就显得尤为重要了。

　　队员应当如何提高自己的状态？应当采取什么样的方式缓解紧张？又如何在比赛关键时刻保持注意力的高度集中呢？实际上，他们可以采取很多不同的方式平和自己的心态，比如说控制呼吸、慢慢松弛肌肉。对于所说的躯体性焦虑来说，这些方式特别有效，能够帮助缓解肌肉紧张、心率和呼吸加快。

　　而对于相类似的认知焦虑——因为比赛临近而产生消极的想法，队员们则可以利用一种被称为“想象放松法”的方式加以缓解。很多队员就在大脑中存储了“内心的电影”，因为大脑中的那些影像与实际比赛毫无关系，消极和失败的想法也就不会出现。

　　为了达到预期的效果，所有这些治疗方法必须在形势复杂的比赛中快速地能以应用，也就是说，当注意力、意志力开始动摇的时候，队员必须启动自我治疗程序。

　　除此之外，比赛中的心理韧性也极为重要，大量参加世界杯的球员都将挑衅对手视为一种取胜手段：后卫会用卑鄙的、微不足道的犯规动作激怒对手的报复情绪，致使对手因犯规被罚出场外；在罚点球过程中，守门员为了扰乱对方的注意力也会在球门线上表演“橡胶腿”。这些手段虽有些不齿，但并不违反比赛规定。

　　4-4-2堪称完美阵形？

　　对于英国主教练埃里克松来说，选择什么样的作战阵形不是什么头痛的问题，因为他极少放弃自己钟爱的4-4-2。而更多喜欢冒险的教练——例如切尔西的穆里尼奥，更追捧4-3-3的攻击优势；博尔顿的萨姆·阿勒代斯则更偏爱于颇具防守意味的4-5-1。

　　衡量这种阵形只有2个简单但却非常重要的标准：必须拥有控球优势，必须能够洞穿对手的大门。分析家将这张王牌分成3个组成部分，即防守、控制中场和进攻。在所有对战阶段控制比赛节奏是非常重要的，尤其是进攻。据研究显示，在国际比赛中，采用这种布阵的球队只有13%赢得了比赛，但所有进球中却有66%出自这种阵形。

　　巧妙的传球是打控球的保留项目，但关键的问题在于：一种阵形到底能够衍生出多少独特的传球？控球过程中又有多少属于进攻时间？图表展示了当今足坛最流行的2种排兵布阵方式——4-4-2和4-3-3。每一种阵形中究竟会有多少独一无二的传球呢？为了便于说明，我们记录了一个特定传球区域内同队队员参与的数量。40米(44码)开放的传球不再考虑之列。

　　相对于4-3-3的56次来说，4-4-2阵形产生66次可能性的传球配合，但这还不是实际比赛的全部数量——每场比赛中每队的传球次数均超过650次。传接球的配合在比赛中是往复出现的：一些队员向前插进，一些队员则向后退守，中场、前锋或者后卫同时还要换位。

　　有趣的是，在流行阵形的传球数量和控球时间对比中，4-4-2是最多的——66次；4-2-4为 54次；4-3-3 为56次；4-5-1为62次。

　　而潜在的进攻性又是如何呢？如果按照百分比对控球时间进行分割的话，每一阵型的进攻时间比例如下：4-2-4为15%；4-3-3为13%；4-4-2为12%，4-5-1为8%。在这场较量中，显然是4-2-4占据了上风，但如今的球队很少有人敢冒天下之大不韪，排出4-2-4阵形，其原因在于：在现代比赛中，只有2名中场是很容易被对手干掉的。

　　埃里克松钟爱的4-4-2阵形当然有它自身的魅力：良好的控球和潜在的攻击性。但依据赛场形势变化适时改变作战策略才是决定比赛胜负的关键。历史的教训早已说明了这一点：在2002年的对抗中，当罗纳尔迪尼奥被罚下场后，拥有1人优势的英国队愣是没有撼动编制不全的桑巴军团。

　　制胜法宝定位球

　　在国际比赛中，很多进球往往是靠漂亮的定位球(边线球、角球、任意球和点球)完成的；在势均力敌的角逐中，定位球更是充当了决定性因素。最令球迷紧张的当属饱含空气动力学原理的任意球，其观赏性之高、魅力之大，可谓“无球能及”，即便是最无动于衷的人也会对它亲爱有加，人们对它的期望简直到了不切实际的程度。

　　无论是任意球还是点球，当主力队员为观众表演不可思议的球技时，到底存在着什么“不可告人”的秘密呢？所有破门的任意球其精华所在就是球的旋转，类似亨利这样的任意球大师可以让皮球绕着一个垂直的轴旋转。

　　基于空气动力学原理，皮球将划出一道美丽的弧线，如果球是按照逆时针旋转的话，飞行路线将是由右到左。绝大多数任意球高手惯用侧旋，而有些球员——比如说贝克汉姆，往往会锦上添花，加入一些上旋。这样的话，空气动力就会产生向下的分力，皮球不但会突然转向还会向下倾斜。为了完成这种飞行表演，球员在踢球时脚会向上移动，有点像网球中作上旋击球的动作，但要想达到这种境界，难度相当之大。

　　如果一切顺利的话，一个突然转向的任意球基本上是不可阻挡的。其破门的关键因素：速度每小时60到70英里，旋转每秒5到10圈，飞行高度16到17度，一切都必须做到准确无误。只需要0.9秒(900毫秒)皮球便可应声入网，也就是在这不到一秒的时间里，场上局面发生质的变化。

　　正如图表显示，旋转和速度是由脚与球仅仅15毫秒的接触决定的————实现上，是由所有因素决定的。由于人墙干扰了守门员的视线，当他第一次看到击球时时间已经过去了400毫秒，此时的皮球突然驾临到他的头部上空。这时的守门员已经是无能为力了，因为大脑还需要200毫秒作出反应，一场悲剧即将在300毫秒后上演，而守门员却刚刚开始移动，要想在这段时间里封杀精准的射门显然是不可能的。

　　在英超联赛中，10%的任意球破门得分，而在顶尖高手云集的国际赛事中，破门的几率更是高达15%。所以说，英国队需要状态奇佳的贝克汉姆，更需要他令对手心惊胆寒的必杀之技，但是他必须学会克制，将部分任务交给同伴来完成，比如说杰拉德和兰帕德。

　　点球大战必杀技

　　如果说任意球是干掉实力相当的对手的一个很好的策略，点球则是其中当之无愧的必杀之技。一般情况下，依靠点球改写比分的成功率为80%；而在点球大战中，这个几率却降到75%，原因在于：守门员能够更好的判断出射手的意图，这与的性质有些类似。是英雄还是罪人一瞬间便可见分晓。

　　但球员为什么会射失点球？英国队在点球大战中为什么总是败得如此悲壮呢？发点球时上演完美的一脚其实并非什么难事。据研究显示，即便是最优秀的守门员也不能封盖球门的每一英寸空间。在作出扑救动作时，有一个区域是他们无法照顾到的，正如这张图表显示的那样。

　　球门堪称一个颇具吸引力的靶子，球门区28%的空间是职业队员很容易攻破的。只要把握好速度和步伐，皮球便可以安心地在这一区域安营扎寨了。但强劲有力的脚背球却是多余的，历史的教训可谓相当惨痛：在1990年世界杯半决赛对联邦德国队的比赛中，克里斯·瓦德尔在双方最后互射点球时射失关键一球，致使本队遭到淘汰；在2004年对阵葡萄牙的比赛中，贝克汉姆上演了惊人的“冲天炮”。

　　与点球相关的数字不能不令人鼓舞。以每小时60英里飞行的皮球只需0.4秒的时间就可洞穿球门，如果位置摆放得当，守门员还没有完成扑救动作时，皮球就已经舒舒服服地躺在网中了。

　　表演紧贴门柱的低空球可不是什么聪明之举，射手们应当尽量避免，要知道，现在的守门员已经熟练于迅速蹲身，如果放低球的话，很有可能被守门员没收。而对准大约与肩同高的区域才是上上之策，只要控制好球的路线，便可屡屡得手。

　　赢得点球大战的胜利关键还是靠平时的训练。教练应当熟知每一个队员发点球的成功率，并要求他们勤加练习，尤其是在高强度训练之后，这时的体能消耗情况比较接近真实的比赛。除此之外，当挑选出的队员发点球时，他们的出场顺序最好是从最弱到最强，研究证明，这样做的胜算会更高。

　　英国队在本届世界杯中的表现定会让世人震惊，其世界级的球星和高深莫测的实力足以令对手胆寒。在前往决赛的征途中，他们至少要凭借一场出色的点球大战将德国、阿根廷和葡萄牙等对手斩于马下。无论是对这支球队还是它的球迷来说，届时的场面一定是惊心动魄。

　　高科技执法手段

　　除了强壮的身体、过硬的心理素质、完美的作战阵形外，贝克汉姆已准备好发射他的任意球，整支球队也针对点球进行了练习，难道还会出现什么问题吗？令人悲哀的是，的确有，而且是很多！世界杯早已被前后矛盾的判罚和层出不穷的小动作撕裂了。

　　目前的越位规则太过复杂，及时准确的判罚几乎是不可能的。其中一个可能引起争论的问题早就应该解决了，我们指的是有争议的射门：足球越过球门线后又被弹了回来。这种瞬间发生的事情的确令裁判头疼，足球飞进球门后又被弹回的过程只有18毫秒。

　　历史上最有争议的进球当属乔夫·赫斯特在1966年奉献的，但4年过后，我们仍没有更好的方式解决类似的争端。目前，一种可选择的方法就是引入装有一个微型芯片能够不断传送足球位置信息的“智能足球”。利用计算机对足球位置与已知球门线、门柱和门框的相关数据进行比较，就可以很容易地判定足球是否越过球门线了。

　　这项技术是由德国一家协会研发的——协会成员包括阿迪达斯在内——曾经在2005年9月秘鲁举行的U17世界少年足球锦标赛中进行测试。国际足联表示，有关测试结果的详细数据目前还没有向外界公布，进一步的测试仍需要进行。

　　从某种程度上说，足球的魅力之处就是不断地重演历史，颇具争议性的“球门线争端”早晚还是会发生的。