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当我们在谈论飞机和超音速飞行时，经常会听到“马赫”的概念。但描述速度一般是每秒多少米，或者说每小时多少公里，这马赫未免有些抽象。
很多人以为马赫是一种速度单位，其实并不是，马赫是一个比值。但通过这个比值我们就可以比较直观地了解飞行器的速度。
马赫
马赫数是用来描述物体相对于声速的速度的单位，是物体速度与声速的比值。例如，一个物体的速度是声速的2倍，就称为2马赫。
其中，声速指的是物体所在的介质中声音传播的速度。在空气中，声速的值约为每秒340米。因此，在空气中以340米/秒的速度移动的物体的马赫数为1，换算成时速的话就是每小时1224公里，这个速度其实非常快，民用航空中最常用的波音737最高速度也就每小时900公里左右。按照这个速度来看，15马赫，也就是就是每小时18360公里，这个速度是相当快的。
马赫数是以奥地利物理学家恩斯特·马赫（Ernst Mach）的名字命名的，他是19世纪末期和20世纪初期的一位著名科学家。恩斯特·马赫在研究声音传播时发现，当一种物质以超过声音在该物质中传播的速度移动时，会产生一种尖锐的爆炸声。这个现象被称为“马赫锥”，并被认为是声音的视觉化。基于这个发现，马赫提出了马赫数的概念。
起初工程师们认为音速是无法突破的。因为当时的材料并不足以承受音速飞行的阻力。马赫锥会破坏飞行器，导致飞行器解体。但是随着材料科学的发展，超音速对人类来说不再是妄想。
最早突破1马赫的飞行器
1947年10月14日，美国空军的实验型战机贝尔X-1试验机首次突破1马赫。这架试验机使用火箭发动机进行推进，在试飞过程中成功突破了音障，实现了超音速飞行，达到了当时惊人的速度。而二战时期著名的飞虎队使用的P-40战机最高速度也就580公里每小时，连X-1的一半都不到。此后，X-1试验机又进行了多次试飞，不断突破自己的速度纪录，最终实现了2.44马赫的理论飞行速度。
X-1试验机的成功试飞，引起了全球航空工业的广泛关注和研究。随着技术的不断发展，超音速飞行技术逐渐成熟，X-1试验机的设计理念和技术特点被广泛应用于其他高速飞机的设计中，如X-15试验机和SR-71“黑鸟”侦察机。
人类史上最快的飞行器
X-15试验机至今仍保持着有人驾驶飞机的最高速度，1967年10月，美国王牌试飞员以6.72马赫的速度飞行，至今仍是不可打破的神话。但X-15试验机注定很难实用，因为它使用的是火箭发动机，它本身并没有能力带着燃料升空，必须由一架B-52载着到空中。而且即使从载机上释放，它所携带的燃料也只够飞行1-2分钟。因此更有实用价值的是X-15试验机。
SR-71“黑鸟”侦察机是美国航天工业的又一项黑科技。该飞机采用了先进的气动设计和材料技术，具有极高的飞行速度和高空飞行能力。它的机身采用了钛合金和锆合金等高强度材料，以保证在高温和高速的环境下仍能保持结构稳定。其最高飞行速度突破了3.5马赫，可以飞行在26000米以上的高空，以绕过对方的防空系统。这使得黑鸟能够快速进入对手的领空，并获得重要的情报信息。
值得注意的是。该飞机于1964年就实现了首次飞行，共制造了32架，一直到1998年才被退役。在长达34年的服役时间内，“黑鸟”从未被击落，创造了军事史上的神话。虽然现在美国仍未传出接手黑鸟的侦察机，但从其全面退役来看，美国很可能已经有了更快的侦察机。
事实上，在航天航空领域，美国早就有了比黑鸟还快的飞行器。2004年11月，美国无人机X-43A在试验中创造了9.7马赫的速度，刷新了大气层内的最高飞行速度（此前最高为X-15试验机）。而美国飞行器在太空的速度更是惊人，其最新的X-37B空天战斗机最高速度能达到25马赫以上，常规的军用雷达根本无法捕捉它的踪迹。X-37B是无人且可重复使用的飞行器，它既能在地球卫星轨道飞行，又能进入大气层，因此被认为是未来太空战机的雏形。X-37B的这种高速都已经是人类史上最快，但它比起光速来就完全不够看了。
可怕的光速
光速的概念最早可以追溯到17世纪，当时天文学家欧拉和罗默首先测量了光的传播速度。然而，直到19世纪末，物理学家麦克斯韦才首次将光速纳入物理理论之中，并探讨了光的电磁性质。
在相对论中，爱因斯坦提出了光速不变原理，即无论观察者是否在相对运动中，光速的数值都是不变的。这意味着无论你在什么速度下观察光，你都会测量到相同的速度，即光速。这个原理不仅解决了当时物理学中的一些困难问题，同时也改变了我们对空间和时间的观念。
为什么光速是不可超越的呢？这是因为在相对论中，当物体的运动速度接近光速时，时间的流逝和空间的变形会发生变化，这被称为时间膨胀和长度收缩。这些效应意味着物体的质量会增加，同时需要更多的能量才能加速它们。最终，当物体的速度接近光速时，它们的质量会无限增加，需要的能量也会无限增加，这使得物体无法达到或超过光速。因此，根据相对论，光速是宇宙中最快的速度，它是不可超越的。
在国际单位制中，光速的数值被定义为299792458米每秒，而音速仅340米每秒，两者之间相差了88万倍有余，由此可见太空距离的遥远。
离地球最近的恒星比邻星距离地球大约4.22光年，以光速需要4.22年才能到达，而以1马赫的速度，则至少需要372万年。就算是X-37B的25马赫超高速，也需要将近15万年，这对人类来说是难以接受的。但要想实现我们梦寐以求的星际旅行，我们其实也未必需要突破光速。
神奇的虫洞
虫洞就被认为是最有希望的方式之一。虫洞是一种假想的物理结构，它被认为是连接了宇宙中不同地点的通道，可以让物体在宇宙中瞬间穿越巨大的距离。
虫洞的概念最早可以追溯到爱因斯坦的相对论理论中。在相对论中，时空被认为是一体的，它可以被弯曲和扭曲。虫洞的概念就是基于这种扭曲的时空结构而产生的。虫洞通常分为两个口，每个口都连接着宇宙中不同的地点，可以让物体通过虫洞在两个口之间瞬间传送。
举个例子，空间就像一个球，我们平时都在球的表面移动。而虫洞就像蛀空球体的隧道，球体内的直径当然就要比表面更快。放在现实中，虫洞是瞬间抵达，它将比我举的这个例子更近。
总结
马赫是航天中常用的单位，通常是用来研究飞行器的性能，当然也可以用来描述速度。我们民航所使用的飞机速度通常不到1马赫，这对于星际航行来说慢得离谱，飞一辈子都离不开太阳系。但对于地球上的航行来说，这个速度已经够用了。对于星际旅行，我们一方面期待更快飞行器的研发，一方面也希望虫洞之类的捷径能够被发现。未来的科学探索之路，仍旧是道阻且长。
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