可能許多人都知道，當(dāng)飛行器在大氣層中的運動速度接近音速時，再想提速就很困難了，此時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。
此時腦洞一開，我想到了一個問題：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？
為了弄明白這個問題，我們先了解一下與聲音相關(guān)的知識和音障。
什么是音障？
眾所周知，聲音在空氣中的傳播速度是有限的，在空氣中高速運動的物體的速度是可以超過聲速的。當(dāng)飛行器的移動速度達到0.9倍音速（即0.9馬赫），時速大約1000公里左右，就會產(chǎn)生局部激波，空氣阻力便會劇增，阻礙物體的運動，這就是音障。
聲音的本質(zhì)是聲波，聲波是一種機械波，需要依靠彈性介質(zhì)來傳播。聲源的振動引起臨近的介質(zhì)跟著一起振動，形成了疏密相間的縱波（波的傳播方向與振動方向一致），并向四面八方擴散開來，這就是聲音產(chǎn)生的原因。通常我們所說的聲音它的聲波頻率在20 Hz~20 kHz之間，此外還有人耳聽不到的次聲波以及超聲波。
聲音依靠介質(zhì)傳播，必然會受介質(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，它會受介質(zhì)的類型及其密度的影響。聲音在空氣中的傳播速度就會受溫度影響，因為溫度越高，局部空氣的密度就會越小，聲音的傳播速度也會變慢。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無窮大，還好剛體在現(xiàn)實世界中是不存在的。
現(xiàn)在來了解一下，為什么會產(chǎn)生音障？物體只要在空氣中運動，就會受到空氣阻力影響，物體也會對空氣產(chǎn)生反作用。飛行器在空氣中運動時會引起周圍空氣的振動形成聲波，聲波是連續(xù)不斷擴散的。當(dāng)飛行器的運動速度接近音速時，聲波來不及擴散，空氣被壓縮、密度升高，形成一堵無形的“氣墻”阻礙飛行器的運動，還會使飛行器產(chǎn)生劇烈的抖動、甚至失控，這便是音障。這里的“氣墻”其實就是空氣受壓縮后累積形成的激波。其實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)物體的運動速度接近或者超過音速時，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產(chǎn)生強烈而短暫的爆鳴感，這被稱之為音爆。這種聲波能量相當(dāng)強大，當(dāng)超音速飛機低空飛行時，甚至能夠震碎地表建筑物的玻璃。
激波實際上是看不到的，人肉眼之所以能看到，那是因為空氣中的水蒸氣在聲波能量的高壓作用下產(chǎn)生了凝結(jié)，便形成了肉眼可見的錐形激波（如下圖所示）。
要想突破音障，就要大幅度提高發(fā)動機的推力。由于萬米高空處的的大氣比較稀薄，阻力比較小，目前的超音速飛機在幾萬米的高空可以達到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到2馬赫。
存在光障嗎？
通過上面的介紹，相信大家已經(jīng)對音障有所了解，下面來介紹光障。
光波與聲波雖然類似，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。聲音是實物粒子的波動，而光則是電磁場的波動。光在真空中的傳播速度大約為30萬千米每秒，空氣中的光速與之近似。
如圖所示，電磁波是一種橫波。
眾多實驗已經(jīng)證明，當(dāng)有靜止質(zhì)量的物體的運動速度越來越接近光速時，它的質(zhì)量也會變得越來越大。這被稱之為質(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，物體的動能增加，質(zhì)量也會跟著增加。理論上而言，如果物體的運動速度達到光速，那么它的質(zhì)量將會變得無窮大?？梢?，物體的運動速度永遠(yuǎn)也不可能達到光速，真空中的光速是宇宙間物體運動速度的極限。
上圖為質(zhì)速關(guān)系公式
通過分析相對論中的質(zhì)速關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物體的運動速度越接近光速時，其質(zhì)量增幅也會上升的越快。這與物體運動速度接近音速的情況類似，當(dāng)物體的運動速度接近音速時，阻力便會劇增。在這兒，當(dāng)物體的運動速度接近光速時，物體的質(zhì)量也會劇增，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，也不能將一個物體加速至光速。此外，當(dāng)物體的質(zhì)量達到一定臨界值時，其會在自身引力的作用下發(fā)生坍縮，形成黑洞。
這便可以稱之為光障，即物體的運動速度永遠(yuǎn)也不能達到光速，只能無限接近于光速。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？
自然界中確實存在一些超光速現(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了光速；量子糾纏的感應(yīng)速度超光速。不過需要注意，這兩種超光速現(xiàn)象都不涉及物質(zhì)的運動（信息的傳遞本質(zhì)上也是物質(zhì)運動）。宇宙空間的膨脹并不涉及物質(zhì)運動，這并不違反相對論；此外，量子糾纏也不能用來超光速傳遞信息，因此用量子糾纏來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離實時通信是行不通的。對于那些因觀測導(dǎo)致的天體視運動速度超光速，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%，如果此時有帶電粒子的運動速度超過了此時水中光的傳播速度，那么就產(chǎn)生了“超光速”現(xiàn)象。在這種現(xiàn)象中還會產(chǎn)生切倫科夫輻射，其特征是產(chǎn)生藍色輝光，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“光爆”的感覺？
上圖為重水反應(yīng)堆中的切倫科夫輻射
結(jié)語
綜上所述，確實存在光障，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)生機制也是不同的。
授人以魚，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，這屬于類比推理，是一種常見的邏輯思維方式。類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。
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