什么是 1 马赫以及它为何如此重要？

声速不像光速那样是一个基本障碍，但也并非无关紧要。

局部凝结提供了 FA-18 大黄蜂突破太平洋上空音障的明显标志。

图片来源：美国海军少尉约翰·盖伊，公共领域

马赫数将通过边界的流体的流速与声速进行比较。然而，至关重要的是，不存在通用的音速。相反，声音以不同的速率传播，具体取决于声音传播的介质和温度。因此，马赫 1 等于局部声速，即物体在介质中传播的速度。

与通用常数相比，该度量的局部性质可能使其显得不重要。对于任何试图超越 1 马赫的人来说，声音的本地速度很重要，如果他们成功了，它对附近的人来说也会变得很重要。

1 马赫数可能会根据温度和移动的材料而发生显着变化，并且会因其他一些因素而发生微弱变化。然而，虽然水或任何其他介质的马赫数为 1，但它几乎总是用来指空气中的运动，特别是在飞机通常飞行的高度。 

在空气中，1 马赫主要由温度决定，温度随着高度的增加而降低。因此，虽然声速通常为 343 m/s（772 mph 或 1,242 kmph）（代表室温），但飞机通常可以在低于 300 m/s 的速度下突破 1 马赫。  

穿过气体的固体物体会在其前后产生压力波。它们在气体中以音速传播，对于像飞机这样大的物体来说，它们是一股不可忽视的力量。随着物体速度的增加，波会被迫聚集在一起，在 1 马赫时会产生著名的音爆，这种音爆不仅声音大得令人不安，而且会使物体发出嘎嘎声，足以导致房屋碎片掉落。对此的反对不可避免地导致了对航班的限制，从而导致了这种繁荣。这些反过来又增加了成本，这就是为什么你现在不能再购买从纽约到伦敦三小时内的客运航班，尽管美国宇航局希望解决这个问题。 

即使接近 1 马赫也会带来问题。当飞机接近音速时，它们的空气动力阻力会大大增加，并且变得更难控制。这导致 1 马赫被称为“音障”，报纸上建议它不可能被超越。

马赫 1 和 c（真空中的光速）之间的不准确类比使许多人误入歧途。人们认为在飞机上安全地超过 1 马赫几乎是不可能的，直到查克·耶格尔做到了，并产生了“音障”一词。因此，一旦表面极限被打破，喷射流开始定期超过声速，许多人认为光速也将具有类似的渗透性。 

这使得像《星际迷航》中的扭曲因子 5 这样的概念被广泛接受，就好像这只是一个工程问题，比如建造能够以 5 马赫飞行的飞机。它是伟大的科幻小说，但问题当人们相信它（尽管存在真正的差异）时就开始。 

重要的是，可以超过局部声速这一事实是毋庸置疑的。当熟练的使用者使鞭炮以超过 1 马赫的速度行进时，牛鞭的爆裂声来自于微小的音爆。雷声是由空气中类似的冲击波产生的。挑战在于扩大规模。

与此同时，在爱因斯坦发表狭义相对论一个多世纪后，我们没有证据表明任何物体的运动速度超过光速，无论是快子还是加速超过光速的普通物质。 

顺便说一句，马赫 1 的官方定义是指流体流过边界的速度，但我们通常将其视为飞机等固体物体移动的速度。不要担心这种差异。由于所有运动都是相对的，如果飞机移动的速度是与周围的空气而不是地面相比来测量的，那么空气将以相同的速率沿相反的方向流过飞机。重要的是两者的相对运动。因此，乘风飞行的飞机相对于地面的飞行速度比空气中的声速更快，而不会超过 1 马赫并产生音爆。