有一天，動物界舉行全員賽跑運動會，參賽的除了兔子烏龜之外，還有螞蟻、大象等體型太過懸殊的動物們。起初比賽進行的還算順利，可當大家商量用何種機關來展示動物們的速度時，便出現了嚴重的分歧。
因為，螞蟻氣喘籲籲快速爬行的時候，大象撩開長腿幾步就跑出了老遠，更不要說魚蝦在水中遊，鳥和蜜蜂等在空中飛。從體型到速度都有差異，甚至所處環境媒體都不一樣，是以難以統一機關也算情有可原。
眼看動物們束手無策，于是大家便求助更高等的動物人類。人類就說，他們每天其實也在為不同移動速度該如何衡量而發愁，好在聰明的人類發明了不同機關間的換算模式。
（一架正突破了音障的飛機）
比如步行就用米來計算；車船民航客機就用千米來計算；更高速度的超音速飛行器，諸如超音速戰機、火箭、飛彈等就用馬赫來計算。這樣一來，既能清晰展示不同物體的移動速度，也能精準的利用各衡量機關進行換算。
聽了人類的介紹後，動物們紛紛感慨：這直立行走的猴子之是以能統治地球，原來是腦子裡有真東西。
下面要接着說的，就是超音速飛行器的衡量機關——馬赫。
超音速飛行的速度機關，為何用馬赫代替千米？
“馬赫”這個詞大多數人既熟悉又陌生。熟悉是因為常從各類資訊中，看到其用來指代某種高速飛行器的速度。陌生則由于大多數人對它知之甚少，其指代的速度究竟是多少，往往也是一知半解。
(可以超音速飛行的協和民航客機)
從慣常思維來看，某種物體移動速度是多少，隻要進行累計即可。比如普通火車的時速為120千米，高鐵的時速可以達到300-600千米，飛機的時速超過了800千米。移動速度加快，在原有的“千米”機關前增加數字就行。然而，數字的增加是有上限的，這個上限就是聲音的傳播速度。
音速又叫聲速，可概括了解為聲波在環境媒體下的傳遞速率。環境媒體不同，音速也就有快有慢。日常所說的“音速“，指的是聲音在空氣媒體中行進的速度，換算成距離機關大約為每秒343.2米，即每小時1236千米。
看起來這個機關數值可以固定，可實際上即便是在空氣中，由于高度、密度、濕度以及溫度等差異，音速的數值也會有變化。
（2.92馬赫下飛機産生的音爆）
比如萬米高空的音速大約為295米每秒，但若是降低到海平面的高度，其速度就成了331.5米每秒；除了高度有差異外，空氣中溫度每升高一攝氏度，音速也會以每秒大約0.6米的速度增加。
目前人類社會中，能超過音速移動的物體隻有飛行器。如果用正常的速度機關來衡量不是不可以，但是一方面這樣的數值會很大，另一方面無法精準表達飛行器所處環境媒體的具體情況。于是在專業的表達領域，就出現了馬赫這個機關。
又因為聲音在空氣中傳播速度随着環境而改變，馬赫所代表的隻是一個相對機關，是以”一馬赫“的具體速度并不固定。
（超音速飛行産生的激波又叫沖擊波）
此外，飛行器一旦以超音速的姿态飛行，機體本身的操縱性能和穩定性随時會發生改變，而測量所得到的馬赫數，正是為了應對這種變化而出現的精準表達。
也是以嚴格意義上來看，馬赫能換算成正常的速度機關（一馬赫大約為每小時1225千米），但是在專業人士眼裡，它又不僅僅是用來表達速度的。
可能有些人還是不解，不就是超過了音速嗎，幹嘛在表達上非要搞得這麼複雜？這就又得說到超過音速這件事，究竟是難還是不難了。
超音速飛行，”超過“的究竟是什麼？
一架飛機以每小時800千米的速度飛行，飛機在後面飛，發動機轉動以及機體摩擦氣流産生的聲音就會跑到前邊去。
而一旦飛機以超過音速的速度飛行，機體本身就得追上它自己先前發出的聲音，在這個不斷追上聲音，又不斷産生新的聲音再追上的過程中，就會因為和空氣的劇烈摩擦而産生激波。
激波又叫沖擊波或者震波，它在空氣中形成的橫切面，就橫亘在飛行器的前面，由此形成的阻力被稱之為音障。說的簡單一點，超音速飛行本身也會産生阻力，而且這種阻力就伴随在速度提升的前提上。
打個不恰當的比喻，這就好比交替踩着自己的腳面上天。實際中人難以突破引力上不去，可理論上隻要你雙腳交替的速度超過了引力，你就能上天。超音速飛行，也是要突破機體自身産生的音障。
20世紀早期，由于人類對空氣動力學了解不多，嘗試超音速飛行的飛機，要麼由于音障的阻力摩擦解體，要麼失控墜毀。
直到1947年10月14日上午，美國才成功進行了超音速試飛。飛行員耶格爾駕駛的X-1飛機達到了每小時1066公裡，他也成為了第一個突破音障的人。從此以後，人類掌握了超音速飛行技術。
（第一架超音速飛機X-1在試飛過程中）
是以，超音速飛行，首先要超過的就是音障。隻是不知道第一次試飛的時候，地面上的人有沒有聽到什麼可怕的響聲。
音爆的威力有多大？
近些年來，人們經常在網上讨論，某地晴空萬裡突然響起滾滾炸雷。過去人們不知道那是什麼，現如今大家都聽過了音爆這個詞。
音爆和音障密不可分，簡單來了解，一旦飛行器的速度超過了音障臨界點，沖擊波就會産生像爆炸一樣的聲音，這便是音爆。這種震耳欲聾的聲音能輕易擊碎玻璃，甚至能夠讓建築物産生裂痕。
（X-1飛機試飛前從母機脫離）
正因為音爆威力巨大，至少在聲音上是如此，那些擁有現代先進戰機的國家，就常常用飛機的音爆吓唬對手。這一點，以色列軍方可謂運用的爐火純青。
居住在加沙地帶的巴勒斯坦人經常抱怨，他們的窗戶玻璃時時會破碎，有時候房子都因為巨大的炸雷聲而出現了裂痕。這種聲音，正是以色列空軍的戰機，以低空超音速飛行制造出來的。
由于聲音巨大且有破壞力，一些國家的反恐部門，甚至想嘗試利用音爆吓阻恐怖分子。或者是在解救人質的行動中，利用音爆轟碎他們所在地點的玻璃，便于地面部隊行動。
（F-18音爆瞬間，據說攝影師花了5年才捕捉到）
除了殺傷力之外，特定的環境條件下，音爆還能産生一些視覺盛宴，最常見的便是音爆雲。因為沖擊波的壓強會導緻溫度下降，迅速凝結的水汽就會聚集在飛機的後方，在音爆産生的瞬間形成一個巨大的光環。
在現實中，音爆多年來困擾的，是民航領域的超音速飛機發展。
音爆不除，民航超音速飛行就難以實作
實際上在20世紀，頭鐵的英法以及蘇聯，曾強忍着音爆的困擾，研發營運過超音速民航客機。
上世紀六十年代，英國和法國聯合研制了協和飛機，蘇聯則研制了圖-144飛機。此後，蘇聯的飛機商業營運到了1978年，協和飛機則營運到了2003年。兩款客機退役後，世界上再沒有超音速客機了。
（圖-144與協和飛機）
各國之是以不再推出超音速的客機，正是因為沒有消除音爆的技術。巨大的噪音，在飛機起降的過程中，會嚴重幹擾機場周圍的居民。而且，超音速飛行本就需要更大的動力，油耗和高成本成了很多航空公司的痛，尤其和時下低碳環保的理念不相符。
即便有諸多難點，多年來各國依舊沒有放棄在技術上的攻克。2018年，洛克希德馬丁公司就在研發一款低音爆飛機，據說在飛行速度達到1.42馬赫的情況下，飛機産生的聲音就像關閉轎車門一樣。
（NASA低音爆噴氣式客機設計圖）
而美聯航則在2021年高調宣布，最遲到2029年，公司将重新開啟高速航空客運服務。一旦超音速客機重新營運，據說從歐洲飛到北美隻需要三個半小時。
屆時，大量的富人将會嘗試訂購小型的超音速私人客機。富人們需要速度，航空公司也能找到新的赢利點。就目前人類擁有的飛行技術而言，發展超音速飛行器，就是最優解。
（波音設想的未來客機，可以達到五倍音速）
結語：光速飛行能實作嗎？
當然了，多年來人類也一直在暢想光速或超光速飛行，但方法理論提了很多，還沒有一項能落到實處。
2019年，NASA的研究人員大衛·伯恩斯曾發表一項新理論，用近光速粒子加速相對性螺旋引擎，之後就能讓航天飛行器接近光速運作。雖然理論聽上去不錯，但不少科學家支出目前還沒有實體定理的支撐。
除了這一理論，霍金在去世前一年提出過雷射推進原理，俄羅斯的科學家則在研究利用太陽光實作速度提升。
也有一些研究者，嘗試利用核電火箭來完成星際航行。2019年有消息顯示，美國一家由前宇航員創辦的私人公司，正在研發核動力火箭。據說該火箭可以用一個月的時間飛到火星。
無論是理論還是實踐，目前來看實作光速飛行的成果都還沒有出現。不過，人類既然能跨越音速這個障礙，光速同樣也能跨越。但科研的道路，就是路漫漫其修遠兮了。
參考資料：
《不可思議的瞬間：超音速飛機如何實作“音爆”》 解放軍報 2016年5月28日
《戰機如何突破“音障”》 解放軍報 2020年4月17日
《戰鬥機突破音障的瞬間：綻放詭異的美》 科普中國 2017年8月29日
《“音爆”不解決 民航難以實作超音速飛行》 BBC 2018年7月24日