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如何表达一个物体的速度，那么有时速、秒速这样的表现形式，让人们的脑海里有一个快慢的概念。 比如秒速5厘米，拿出手里的尺子就能一目了然。 但是，你听说过马赫吗？  战斗机飞行 不少人认为，马赫经常被用于描述战斗机，它应该是一种速度单位。 实际上，马赫不是速度单位，它是一种比值。 那么，我们经常听见的那些用马赫来描述的战斗机，速度都是多少呢？  战斗机的速度通常用马赫表示 马赫马赫是一种物理学单位，表示某物体的速度与音速的比值，这个音速是指声音在空气中的传播速度340m/s。 比如1马赫就是音速，2马赫就是音速的两倍。 当然有的情况下，1马赫也不一定就一定是340m/s，因为声音在空气中的传播速度与压强、温度有着关系。 所有使用马赫作为单位的时候，一定要说明条件，比如标准大气压下。  声波的一种表达 马赫常被用于航空领域，这是因为在飞机突破音速飞行之前，一直存在着一个音障，又叫音速墙。 当时在进行飞机实验的时候，工程师们发现，飞机的速度越接近音速，那么它受到的阻力将会越大。 当速度达到音速时，就会像撞在一面墙上一样，因此得名音速墙，物理名叫音障。 如果速度超过音速，飞机的可控性变低，稳定性变差。更重要的是，飞机本身还会受到破坏。  飞行过程种的音障 起初工程师们认为这面音障无法突破，因为当时的材料无法承受音速飞行带来的巨大阻力，往往最终飞机散架。 不过随着材料技术的提升，超音速已经不再是梦想。 1947年，美国X-1战斗机实现了超音速飞行，之后的战斗机速度得到了提升，马赫也逐渐成为了航天领域的常用单位。  第一代超音速飞机X-1 其实马赫这个单位诞生的事件远比人类实现超音速飞行的事件早，它是物理学家恩斯特·马赫提出的。 在1929年被物理学界提议使用，作为速度的一种表现形式。 当速度达到2.5马赫的时候，就已经达到铝合金材料的极限，再快就会出现飞机解体。 如果速度达到3马赫，整个飞机本身因为与空气的摩擦会变成炙热的火球。 超音速飞行还会出现音爆，产生巨大的噪音，因此我们常看见战斗机的飞行训练，都是在远离城市的地方进行。  战斗机飞行 最快的飞机人类目前速度最快的飞机是美国的X-43战斗机，速度达到了9.8马赫，从美国的东海岸飞到西海岸仅需要半小时。 如果乘坐这样的飞机围绕地球飞行，需要3个多小时。 如果一架飞机以15马赫的速度飞行，它可以2个多小时就完成环球飞行，因为15马赫表示速度是4080m/s，换算成时速就是18376.2千米。  目前最快的飞机9.8马赫 不过15马赫只是科学家的预想，目前的极限还是9.8马赫。 有人就很好奇了，为什么不用我们都很熟悉的每小时多少公里，或者秒速多少，而是要使用马赫来表达速度呢？ 这是因为马赫是速度与音速的比值，这样表达能够更直地看出速度与音速的关系，更能够方便快速计算出这个过程中需要的一些数据，比如音爆、阻尼等。  火箭发射 可就算是15马赫的飞机，也只能在地球上飞一飞，想要在太空中遨游，它的速度完全不够！ 说到这里可能很多人会认为火箭发射的速度会比最快的飞机还要大。 实际上，最大的火箭推进器只有7马赫左右，普通的火箭也就只有2点几马赫。 我们在地球上发射火箭，也不是一开始就是第一宇宙速度，而是在升空过程中逐渐加速达到的。  会见推进器 这是因为火箭的发射方向与X-43有着差别，火箭是垂直地面起飞，而飞机是水平地面飞行。 前者的重量远超过了后者，它在克服空气阻力的时候，还得克服自身的重力。 并且火箭的续航能力比飞机强太多，可以依靠后期提速，但是战斗飞机就必须在短时间内达到极限速度，续航能力比较弱。 不过说了这么多，在光速面前，任何马赫的飞机，都是弟弟。  光速面前任何速度都是弟弟 光速要说速度界的老大，光速才是永远滴神，它是目前人类已知的最大速度。 咱们地球上的长度单位在宇宙中根本不够用，于是才有了光年。 根据爱因斯坦的相对论，如果一个物体的速度达到了光速，时空就会出现扭曲，那么它就拥有了回到过去的能力。 然而光速对于人类来说是可望而不可及的，人类只能利用加速器让粒子无限接近光速，却无法达到或超越光速。  粒子加速器 因为还是爱因斯坦，他推算出，当物体的速度等于光速的时候，质量就会变得无限大。 是的，物质的质量是会根据速度发生变化的，只不过在宏观环境下，这个变化无法察觉，因为人类目前的宏观速度太小了。 因此不少科学家认为，超光速飞行不可能实现，因为这代表物质会直接坍塌，理论上不会存在无限大的质量。 而且，就算达到了超光速，宇宙的距离又岂是那么容易达到的？ 提到光速就不得不提爱因斯坦 假设一艘飞船的速度是光速，那么它前往我们最近的邻居比邻星的事件是4.3年。 而我们的银河系直径在10万光年，对于光速飞船来说是10万年，人如果在里面，除非永生，不然活不到那一天。 所以可以看出，即便是已知的最大速度，也无法跨越宇宙中的星辰大海。 马赫这样的物理量在宇宙中无法使用，因为宇宙是真空，没有所谓的音速。 光速也无法征服星辰大海 空间跨越那么宇宙中是否存在比光速更快地存在呢？科学家们相信是有的，只是人类无法现在就发现。 实际上，我们对于宇宙的认识，很有可能没有自己想象得多。 想要完成星际穿梭，不一定非要让物体达到光速，即便是普通速度的飞行器，也能做到，只不过这里面需要一定的“工具”。 宇宙中存在着两种洞，一种叫做黑洞，这个大家很熟悉，就是什么都会吸进去，光也不例外。 另一个洞叫做虫洞，这是爱因斯坦他老人家在研究引力场的时候，捣鼓出来的一种假设。 人们想象的虫洞内部 爱因斯坦认为，质量会引发周围空间的凹陷，形成一定的场，他相信这些场之间会通过一种桥相互连接。 物质都可以通过这个桥到达另一个空间，这一个桥就是虫洞，又叫“爱因斯坦-罗森桥”。 这就好比没有桥的时候，渡河得撑船，速度慢不说，还受到了水流速度的影响，最终上岸的地方会偏离原计划地点。 可是如果在河面上建一座桥，那么就可以直接去往河对面，哪怕河流此时是滔天巨浪。 虫洞飞行 除了虫洞，还有一种技术很让科学家们心动，那就是空间折叠。 我们都知道两点之间线段最短，可是如果我们把线段对折，这样的距离就会直接减半。 同理，我们宇宙的某一个面看作是一张纸，地球就是纸上的一个点，将纸折叠，地球和其他星球的距离就会缩短。 多折几次，就会得到一个人类飞行器可以接受的距离，就算不是超光速飞船，也能实现去下一个星系。 空间折叠 当然，对于地球上的飞机来说，光速离我们太遥远，马赫对于人类在地球上的飞行就已经足够了。 |
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