根据物理学，为什么棒球运动员能打出这么多本垒打

伽利略可能在比萨斜塔顶上抛下两个不同重量的石头时证明了亚里士多德是错的，但耶鲁大学物理学家罗伯特·阿代尔（Robert Adair）在从他三楼书房的窗户上丢下两个不同重量的棒球时，为体育迷们提出了一个更重要的问题。其中一个球存放在冰箱里。阿代尔说：“另一个球，让我妻子无限厌恶，我整夜都把它放在烤箱里用低温加热。”当球落在下面的车道上时，热球的反弹高度是冷球的两倍。“我没想到温度的影响会如此之大，”他说。“这开启了一个全新的研究领域。”

阿代尔十年前的工作，当时他担任“国家联盟物理学家”并撰写了《棒球物理学》（The Physics of Baseball），首次强调了温度和湿度等微妙因素如何改变棒球的表现。最近，这激发了一轮更紧迫的测试，因为球员们似乎突然在改写物理定律。在1998赛季，不是一个而是两个美国职业棒球大联盟球员——马克·麦克格威尔（Mark McGwire）和萨米·索萨（Sammy Sosa）——打破了罗杰·马里斯（Roger Maris）保持了37年的本垒打纪录。更有说服力的是，美国职业棒球大联盟每场比赛的平均本垒打数量一直在上升——从1980年的1.47次，到1990年的1.58次，再到2000年的惊人的2.34次。

一些体育记者认为，由于联盟扩张导致优秀投手供应稀缺，击球手只是打出了更多安打。另一些人认为，这项运动已经变得如此受名人驱动，以至于击球手都专注于打出本垒打。纽约州库珀斯敦棒球名人堂图书馆的埃里克·恩德斯（Eric Enders）说：“如果这些球员出现在30、40或50年前，他们会采取短打、盗垒，并满足于打出安打。而现在，他们都在挥棒争抢全垒打。”

但另一种更根本的可能性可能隐藏在所有这些白色牛皮纸下面。如果棒球本身发生了变化呢？弄清楚这个谜团与其说是体育记者的任务，不如说是科学家的任务——特别是那些像罗德岛大学刑事司法学院院长丹尼斯·希利亚德（Dennis Hilliard）一样热衷于侦探工作的人。希利亚德和他的同事们最近分析了1963年至2000年间被球迷接住的五个美国职业棒球大联盟的界外球。“现在的球更活泼了，这一点毋庸置疑，”希利亚德说。“当它被打出去时，会飞得更远。”

从外观上看，棒球似乎代表着这个世界上为数不多的恒定事物之一。它重5盎司，周长9英寸——自1872年以来一直如此。中心是球芯，一个压缩的软木球，包裹着一层黑色橡胶和第二层红色橡胶。外面是四层纱线缠绕，前三层是羊毛，最后一层是棉线。一层橡胶水泥将所有东西固定在一起，然后是一层皮革外皮，由正好108针红色缝线固定。自1977年以来，所有美国职业棒球大联盟的棒球都由同一家公司——Rawlings——生产。

但是，越来越多的球飞过外野墙。两年前，Rawlings和美国职业棒球大联盟向马萨诸塞大学洛厄尔分校提供了40万美元，用于开设一个永久性的棒球研究中心。去年，中心主任詹姆斯·谢尔伍德（James Sherwood）和他的机械工程师团队对2000赛季的80个球和1999赛季的64个球进行了测试，并用击球机器将它们击打在一块白蜡木上。然后，他们比较了球撞击墙壁时的速度和反弹时的速度。谢尔伍德说：“根据我们样本的数据，1999年的棒球比2000年的棒球略微活泼一些。这意味着在400英尺的击球中，大约会增加一英尺的距离——也就是0.25%的差异。”

谢尔伍德的研究有一个明显的缺陷：它只关注了非常近期的球，而这些球的击球数据已经飙升。于是，罗德岛大学的团队接过了接力棒。在当地一家广播电台的帮助下，希利亚德的团队收集了1963年、1970年、1989年、1995年和2000年各一个由球迷捐赠的界外球。他们用带锯和手术刀切开了缠绕层，并将每个球芯单独存放在塑料袋中。（希利亚德说：“这看起来有点像犯罪现场。”）然后，他们将这几个压缩软木和橡胶球芯从182英寸的高度落下。三个最老的球芯平均反弹了62英寸。1995年和2000年的球芯平均反弹了82英寸——高出约30%。不过，希利亚德说，“控制年龄因素非常困难。在进行更多测试之前，我们无法得出任何结论。”

缠绕层产生了更有说服力的结果。希利亚德的同事琳达·维尔特斯（Linda Welters）和玛格丽特·奥多涅斯（Margaret Ordoñez）都是纺织品科学家，她们将纤维片段浸入漂白剂溶液中加热。正如预期的那样，1963年球的纱线完全溶解了，因为漂白剂腐蚀了羊毛中的蛋白质。但当测试1970年的样本时，留下了痕量的合成纤维，而对于1989年、1995年和2000年的球，“纤维几乎完好无损，”维尔特斯说。“如果你愿意，你甚至可以用它来编织。”美国职业棒球大联盟的规定要求缠绕层中的合成纤维含量不超过15%，正负3%，但一项初步测试发现，2000年球中的合成纤维含量高达21.6%，维尔特斯预计在1989年和1995年的球中会发现更多。“合成纤维可能在缠绕层中分布不均，”她说，“所以我们需要更多测试才能得出任何结论。”

自1976年以来，美国职业棒球大联盟棒球中使用的纱线都来自马萨诸塞州Centerville的Paul Dubin公司，该公司从世界各地的地毯制造商那里回收纤维作为废料。“我猜想他们可能在混料中加入了很多聚酯纤维，因为现在很难找到完全由羊毛制成的地毯了，”维尔特斯说。Paul Dubin则强烈反对。他说他的公司每天都会测试纱线，以确保它符合美国职业棒球大联盟的规定。

然而，一次混淆可能意味着从一次安打变成一次满贯。羊毛非常容易吸收水分，湿度会通过放松纤维的张力和降低弹性来“杀死”球。（阿代尔曾表明，存放在潮湿环境中的球的反弹高度只有干燥球的一半。）另一方面，聚酯纤维根本不吸水。“在有任何湿气的地方，”维尔特斯说，“用聚酯纤维缠绕的球比用羊毛缠绕的球弹性更好，飞得更远。”就他而言，谢尔伍德对可以追溯到20世纪60年代的球进行了第二轮测试，但他拒绝透露何时发布结果。“那是保密信息，”他说。

因此，随着春季赛的开始，没有人能确定今年的棒球是否与几十年前的棒球完全相同。如果不是——而且如果新的配方解释了最近本垒打的猛增——阿代尔说，这种变化可能不是故意的。但谁知道呢？“记住，我们说的是棒球，”他笑着补充道，“而不是像高尔夫那样绅士的游戏。”

访问伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理学教授艾伦·M·内森（Alan M. Nathan）的网站：www.npl.uiuc.edu/~a-nathan/pob。