中科院物理所

有人說(shuō)孫悟空是以音速飛行的，所以他的筋斗云就是音爆云，這是真的嗎？

聲音的本質(zhì)就是介質(zhì)振動(dòng)的疏密波（縱波）。一架飛機(jī)在飛行的過(guò)程中碰撞空氣產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)就以聲波的形式向外擴(kuò)散。

當(dāng)達(dá)到音速的時(shí)候，飛機(jī)在碰撞自己跟前的空氣，而空氣卻來(lái)不及將這種擠壓擴(kuò)散出去，因而被緊密地壓在一起，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生劇烈的阻力和擾動(dòng)，這一現(xiàn)象叫音障。

在這一過(guò)程中，被擠壓的空氣有很大的壓強(qiáng)，高壓下空氣中的水蒸氣被液化成小水滴，形成一片白色的“云”。這一現(xiàn)象就叫音爆云。

音爆云和音爆都只在飛機(jī)突破音速的那一刻產(chǎn)生，一般來(lái)說(shuō)持續(xù)幾秒鐘——沒(méi)有飛機(jī)會(huì)一直卡著音速飛行。速度完全超過(guò)音速之后，飛機(jī)自身反倒平靜了許多。飛機(jī)仍在碰撞空氣，但它將自己發(fā)出的聲音甩在了身后，本來(lái)應(yīng)該以球面波的形式傳播出去的聲波前此時(shí)形成了一個(gè)錐形面——飛機(jī)在錐尖的位置。

飛機(jī)外面的你在“聲錐”之外什么都聽(tīng)不到。當(dāng)聲錐界面經(jīng)過(guò)你的位置時(shí)，空氣壓強(qiáng)的突變會(huì)使你聽(tīng)到如爆炸一般“砰”的一聲，這就是音爆現(xiàn)象。之后你在聲錐之內(nèi)了，聽(tīng)到的就是正常的飛機(jī)飛行聲。

上面描述的“聲錐”有個(gè)學(xué)名叫激波。在任何介質(zhì)中，點(diǎn)波源的速度超過(guò)介質(zhì)中的波速，都會(huì)產(chǎn)生激波現(xiàn)象。水中聲速約為1500米/秒，如果一個(gè)物體能在水中超過(guò)這個(gè)速度，想必會(huì)產(chǎn)生比空氣中更加劇烈的激波現(xiàn)象，只不過(guò)這樣的現(xiàn)象很少被觀察到。

雖然水中聲速很快，但水面波（就是一枚石子投入水中產(chǎn)生的漣漪）往往波速很慢——一般每秒只有幾米。跑得快的船在水面可以產(chǎn)生艏波，這也是一種激波現(xiàn)象。

事實(shí)上，這一現(xiàn)象甚至對(duì)光也成立。真空光速是不可超越的，但介質(zhì)中的光速可以。一些高能粒子可以具有比介質(zhì)中光速更高的速度，這也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的激波現(xiàn)象，學(xué)名叫切連科夫輻射。這一現(xiàn)象在高能粒子的探測(cè)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。