1224公里/小時(shí)。星際旅行一直是人類無盡的幻想,而在談?wù)擄w機(jī)和超音速飛行時(shí),我們經(jīng)常會(huì)聽到“馬赫”的概念。但是,對(duì)于大多數(shù)人來說,馬赫數(shù)似乎有些抽象,因?yàn)槊枋鏊俣鹊囊话銌挝皇敲棵攵嗌倜,或者每小時(shí)多少公里。馬赫數(shù)并非一種速度單位,而是一個(gè)比值,用來描述物體相對(duì)于聲速的速度。通過這個(gè)比值,我們可以更直觀地了解飛行器的速度。
聲速是指物體在某介質(zhì)中聲音傳播的速度,而在空氣中,聲速的值約為每秒340米。因此,在空氣中以340米/秒的速度移動(dòng)的物體的馬赫數(shù)為1,換算成車速的話就是1224公里/小時(shí)。這意味著這個(gè)物體的速度是聲速的1倍。以此類推,如果一個(gè)物體的速度是聲速的2倍,我們就稱它為2馬赫。在民航領(lǐng)域,最常用的波音737的最高速度只有每小時(shí)900公里左右,相當(dāng)于約0.74馬赫。而如果我們考慮15馬赫,即每小時(shí)18360公里,這個(gè)速度就相當(dāng)驚人了。
馬赫數(shù)的概念最早由奧地利物理學(xué)家恩斯特·馬赫提出,他是19世紀(jì)末期和20世紀(jì)初期的一位著名科學(xué)家。在研究聲音傳播時(shí),馬赫發(fā)現(xiàn)了一種現(xiàn)象,當(dāng)物體以超過聲音在該物質(zhì)中傳播的速度移動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種尖銳的爆炸聲,被稱為“馬赫錐”;谶@個(gè)發(fā)現(xiàn),馬赫提出了馬赫數(shù)的概念。起初,工程師們認(rèn)為音速是無法突破的,因?yàn)楫?dāng)時(shí)的材料無法承受音速飛行的阻力,馬赫錐會(huì)破壞飛行器,導(dǎo)致解體。然而,隨著材料科學(xué)的發(fā)展,超音速飛行不再是不切實(shí)際的想法。
歷史上,最早突破1馬赫的飛行器是1947年10月14日,美國(guó)空軍的實(shí)驗(yàn)型戰(zhàn)機(jī)貝爾X-1試驗(yàn)機(jī)。這架試驗(yàn)機(jī)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推進(jìn),在試飛過程中成功突破了音障,實(shí)現(xiàn)了超音速飛行,達(dá)到了當(dāng)時(shí)驚人的速度。而二戰(zhàn)時(shí)期著名的飛虎隊(duì)使用的P-40戰(zhàn)機(jī)最高速度也就580公里每小時(shí),連X-1的一半都不到。X-1試驗(yàn)機(jī)的成功試飛引起了全球航空工業(yè)的廣泛關(guān)注和研究。
人類史上最快的飛行器之一是X-15試驗(yàn)機(jī),至今仍保持著有人駕駛飛機(jī)的最高速度。在1967年10月,美國(guó)王牌試飛員以6.72馬赫的速度飛行,至今仍是不可打破的神話。然而,X-15試驗(yàn)機(jī)并不實(shí)用,因?yàn)樗褂玫氖腔鸺l(fā)動(dòng)機(jī),無法攜帶足夠的燃料升空,且飛行時(shí)間很短。相對(duì)來說,SR-71“黑鳥”偵察機(jī)是更實(shí)用的超音速飛行器。它采用了先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和材料技術(shù),最高飛行速度超過3.5馬赫,可以在高空飛行,繞過對(duì)方的防空系統(tǒng),成為軍事史上的神話。這款飛機(jī)在服役期間從未被擊落,持續(xù)飛行34年。
在航天航空領(lǐng)域,美國(guó)的X-43A無人機(jī)在試驗(yàn)中創(chuàng)造了9.7馬赫的速度,刷新了大氣層內(nèi)的最高飛行速度。而X-37B空天戰(zhàn)斗機(jī)更是能達(dá)到25馬赫以上的高速,常規(guī)的軍用雷達(dá)無法捕捉其蹤跡。這款無人、可重復(fù)使用的飛行器被認(rèn)為是未來太空戰(zhàn)機(jī)的雛形。
然而,這些飛行器的速度在宇宙尺度上仍然微不足道。當(dāng)我們邁向星際旅行的時(shí)候,馬赫數(shù)的概念似乎變得微不足道。要實(shí)現(xiàn)星際旅行,我們似乎需要超越光速的能力。然而,根據(jù)相對(duì)論,光速是宇宙中最快的速度,是無法被超越的。這是因?yàn)楫?dāng)物體的速度接近光速時(shí),時(shí)間的流逝和空間的變形會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致物體的質(zhì)量無限增加,能量需求也呈無限增加的趨勢(shì),使物體無法達(dá)到或超越光速。
雖然光速是一個(gè)看似無法逾越的障礙,但科學(xué)家們提出了一種看似奇幻的方式,那就是蟲洞。蟲洞是一種假想的物理結(jié)構(gòu),被認(rèn)為是連接了宇宙中不同地點(diǎn)的通道,可以讓物體在宇宙中瞬間穿越巨大的距離。這個(gè)概念最早源自相對(duì)論理論,認(rèn)為時(shí)空可以被彎曲和扭曲,蟲洞就是在這樣的時(shí)空結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生的。蟲洞通常被描述為兩個(gè)口,每個(gè)口連接著宇宙中不同的地點(diǎn),使得穿越蟲洞的物體能夠在瞬間抵達(dá)目的地。
馬赫數(shù)是衡量飛行器速度的重要標(biāo)準(zhǔn),但當(dāng)我們考慮星際旅行時(shí),我們需要更深入的科學(xué)理論和更先進(jìn)的技術(shù)。星際旅行的實(shí)現(xiàn)可能需要我們挑戰(zhàn)更多的物理規(guī)律,探索蟲洞、超光速飛行等新的可能性?茖W(xué)的發(fā)展永無止境,我們或許只是站在星際旅行的起點(diǎn),等待更多未知的揭曉。