可能許多人都知道，當(dāng)飛行器在大氣層中的運(yùn)動(dòng)速度接近音速時(shí)，再想提速就很困難了，此時(shí)飛行器遇到了不易逾越的鴻溝——音障。

聲音本質(zhì)上就是聲源發(fā)出的聲波。自然界中除了聲音，還有光，光也是一種波，稱(chēng)之為光波。耳朵接收到了聲波，眼睛接收到了光波，于是我們便感知到了這繽紛的世界。

此時(shí)腦洞一開(kāi)，我想到了一個(gè)問(wèn)題：既然聲波和光波有很多相似之處，自然界中存在音障，那么存在光障嗎？

為了弄明白這個(gè)問(wèn)題，我們先了解一下與聲音相關(guān)的知識(shí)和音障。

什么是音障？

眾所周知，聲音在空氣中的傳播速度是有限的，在空氣中高速運(yùn)動(dòng)的物體的速度是可以超過(guò)聲速的。當(dāng)飛行器的移動(dòng)速度達(dá)到0.9倍音速（即0.9馬赫），時(shí)速大約1000公里左右，就會(huì)產(chǎn)生局部激波，空氣阻力便會(huì)劇增，阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，這就是音障。

聲音的本質(zhì)是聲波，聲波是一種機(jī)械波，需要依靠彈性介質(zhì)來(lái)傳播。聲源的振動(dòng)引起臨近的介質(zhì)跟著一起振動(dòng)，形成了疏密相間的縱波（波的傳播方向與振動(dòng)方向一致），并向四面八方擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，這就是聲音產(chǎn)生的原因。通常我們所說(shuō)的聲音它的聲波頻率在20 Hz~20 kHz之間，此外還有人耳聽(tīng)不到的次聲波以及超聲波。

聲音依靠介質(zhì)傳播，必然會(huì)受介質(zhì)制衡。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和室溫（15℃）條件下，聲音在大氣層內(nèi)陸表附近傳播時(shí)的速度大約為340米每秒。聲音在介質(zhì)中的傳播速度并不是恒定的，它會(huì)受介質(zhì)的類(lèi)型及其密度的影響。聲音在空氣中的傳播速度就會(huì)受溫度影響，因?yàn)闇囟仍礁?，局部空氣的密度就?huì)越小，聲音的傳播速度也會(huì)變慢。此外大氣層的密度是呈梯度分布的，海拔越高，空氣越稀薄，相應(yīng)的聲速也就越慢。

當(dāng)然聲音的傳播速度也不可能無(wú)窮大。聲音只能在彈性介質(zhì)中傳播。如果介質(zhì)是剛體（不可壓縮），聲音的傳播速度就會(huì)無(wú)窮大，還好剛體在現(xiàn)實(shí)世界中是不存在的。

現(xiàn)在來(lái)了解一下，為什么會(huì)產(chǎn)生音障？物體只要在空氣中運(yùn)動(dòng)，就會(huì)受到空氣阻力影響，物體也會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生反作用。飛行器在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起周?chē)諝獾恼駝?dòng)形成聲波，聲波是連續(xù)不斷擴(kuò)散的。當(dāng)飛行器的運(yùn)動(dòng)速度接近音速時(shí)，聲波來(lái)不及擴(kuò)散，空氣被壓縮、密度升高，形成一堵無(wú)形的“氣墻”阻礙飛行器的運(yùn)動(dòng)，還會(huì)使飛行器產(chǎn)生劇烈的抖動(dòng)、甚至失控，這便是音障。這里的“氣墻”其實(shí)就是空氣受壓縮后累積形成的激波。其實(shí)不僅在空氣中存在音障，水中也一樣存在。

上圖為激波示意圖

當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近或者超過(guò)音速時(shí)，這些激波面上的聲波能量高度集中，這些聲音傳到人耳中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而短暫的爆鳴感，這被稱(chēng)之為音爆。這種聲波能量相當(dāng)強(qiáng)大，當(dāng)超音速飛機(jī)低空飛行時(shí)，甚至能夠震碎地表建筑物的玻璃。

激波實(shí)際上是看不到的，人肉眼之所以能看到，那是因?yàn)榭諝庵械乃魵庠诼暡芰康母邏鹤饔孟庐a(chǎn)生了凝結(jié)，便形成了肉眼可見(jiàn)的錐形激波（如下圖所示）。

要想突破音障，就要大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。由于萬(wàn)米高空處的的大氣比較稀薄，阻力比較小，目前的超音速飛機(jī)在幾萬(wàn)米的高空可以達(dá)到10馬赫左右的速度，大約每秒3公里。步槍子彈的初速度就可以達(dá)到2馬赫。

存在光障嗎？

通過(guò)上面的介紹，相信大家已經(jīng)對(duì)音障有所了解，下面來(lái)介紹光障。

光波與聲波雖然類(lèi)似，但并不相同，光是電磁波，光的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。聲音是實(shí)物粒子的波動(dòng)，而光則是電磁場(chǎng)的波動(dòng)。光在真空中的傳播速度大約為30萬(wàn)千米每秒，空氣中的光速與之近似。

如圖所示，電磁波是一種橫波。

眾多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，當(dāng)有靜止質(zhì)量的物體的運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越接近光速時(shí)，它的質(zhì)量也會(huì)變得越來(lái)越大。這被稱(chēng)之為質(zhì)增效應(yīng)。根據(jù)質(zhì)能方程，能量和質(zhì)量是物體同一屬性的不同度量方式，物體的動(dòng)能增加，質(zhì)量也會(huì)跟著增加。理論上而言，如果物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速，那么它的質(zhì)量將會(huì)變得無(wú)窮大。可見(jiàn)，物體的運(yùn)動(dòng)速度永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到光速，真空中的光速是宇宙間物體運(yùn)動(dòng)速度的極限。

上圖為質(zhì)速關(guān)系公式

通過(guò)分析相對(duì)論中的質(zhì)速關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度越接近光速時(shí)，其質(zhì)量增幅也會(huì)上升的越快。這與物體運(yùn)動(dòng)速度接近音速的情況類(lèi)似，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近音速時(shí)，阻力便會(huì)劇增。在這兒，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，物體的質(zhì)量也會(huì)劇增，巨大的慣性將阻礙物體繼續(xù)加速。即使耗盡全宇宙的能量，也不能將一個(gè)物體加速至光速。此外，當(dāng)物體的質(zhì)量達(dá)到一定臨界值時(shí)，其會(huì)在自身引力的作用下發(fā)生坍縮，形成黑洞。

這便可以稱(chēng)之為光障，即物體的運(yùn)動(dòng)速度永遠(yuǎn)也不能達(dá)到光速，只能無(wú)限接近于光速。從上面的介紹中可以看出，音障和光障的產(chǎn)生機(jī)制是不同的。

光速不可超越？自然界中不是存在一些超光速現(xiàn)象嗎？這又怎么解釋?zhuān)?/span>

自然界中確實(shí)存在一些超光速現(xiàn)象。例如：宇宙空間的膨脹速度超光速，140億光年外宇宙的膨脹速度就超過(guò)了光速；量子糾纏的感應(yīng)速度超光速。不過(guò)需要注意，這兩種超光速現(xiàn)象都不涉及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)（信息的傳遞本質(zhì)上也是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)）。宇宙空間的膨脹并不涉及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，這并不違反相對(duì)論；此外，量子糾纏也不能用來(lái)超光速傳遞信息，因此用量子糾纏來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信是行不通的。對(duì)于那些因觀測(cè)導(dǎo)致的天體視運(yùn)動(dòng)速度超光速，這根本就不是超光速。

值得一提的是，自然界中還存在一種偽超光速現(xiàn)象，這里超的不是真空中的光速，而是光在其它介質(zhì)中的傳播速度。比如，光在水中的傳播速度大約為真空中光速的75%，如果此時(shí)有帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)了此時(shí)水中光的傳播速度，那么就產(chǎn)生了“超光速”現(xiàn)象。在這種現(xiàn)象中還會(huì)產(chǎn)生切倫科夫輻射，其特征是產(chǎn)生藍(lán)色輝光，在核反應(yīng)堆的重水中就可以觀察到這種現(xiàn)象。是不是有點(diǎn)“光爆”的感覺(jué)？

上圖為重水反應(yīng)堆中的切倫科夫輻射

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，確實(shí)存在光障，但與音障又有所不同，光障是不可突破的，光障和音障的產(chǎn)生機(jī)制也是不同的。

授人以魚(yú)，不如授人以漁。根據(jù)聲波和光波的相似性，我們從音障推想到光障，這屬于類(lèi)比推理，是一種常見(jiàn)的邏輯思維方式。類(lèi)比推理是從特殊到特殊，歸納推理是從特殊到一般，演繹推理是從一般到特殊。

就介紹到這兒，不知道大家對(duì)此有什么看法？歡迎在評(píng)論下方留言。