導(dǎo)讀1971年以后，國(guó)際單位制確定了七個(gè)物理基本量所組成的物理量體系。以人類目前的認(rèn)知來(lái)看，幾乎所有物理問(wèn)題都可以利用這七個(gè)基本物理量通過(guò)不同的方程式轉(zhuǎn)換求出答....

1971年以后，國(guó)際單位制確定了七個(gè)物理基本量所組成的物理量體系。以人類目前的認(rèn)知來(lái)看，幾乎所有物理問(wèn)題都可以利用這七個(gè)基本物理量通過(guò)不同的方程式轉(zhuǎn)換求出答案。然而在實(shí)際生活之中，如果所有問(wèn)題都以基本物理量進(jìn)行描述，其實(shí)是十分麻煩的一件事情。

以速度為例，速度最簡(jiǎn)單地理解為均勻直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)所經(jīng)過(guò)的路程，一般有米/秒，千米/小時(shí)等等。可假如在某一個(gè)運(yùn)動(dòng)參考系之中，極短時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程極大，這個(gè)時(shí)候再用米/秒或者千米/小時(shí)來(lái)形容就完全不合適了。正因如此，科學(xué)家們?cè)诨镜乃俣刃稳萆厦婢鸵肓艘羲伲馑俚忍囟ǖ乃俣葏⒖贾怠?/p>

馬赫的由來(lái)

很多人都聽說(shuō)過(guò)馬赫這個(gè)詞，可有關(guān)馬赫這個(gè)詞是什么意思卻不太明白。比如電影中常說(shuō)的一馬赫指的是每秒行進(jìn)多少米，十五馬赫飛一小時(shí)又是多少公里？大家都沒(méi)什么概念。

事實(shí)上，馬赫雖然是表示物體運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)物理量，但主要是體現(xiàn)在相對(duì)數(shù)值上面。而所謂的相對(duì)數(shù)值，指的則是物體的運(yùn)動(dòng)速度除以聲速最終得到的數(shù)值。為了方便理解，很多人便將一馬赫看作是聲速，也就是每秒340米的速度。按照這個(gè)邏輯來(lái)看，十五馬赫飛行一小時(shí)，也就相當(dāng)于速度達(dá)到了每小時(shí)18360公里。

可我們要知道的是，聲速并不是恒定不變的。在固體，液體以及氣體等不同介質(zhì)的影響下，我們求得的聲速也不一樣，所以馬赫數(shù)值自然也不會(huì)一樣。當(dāng)然，馬赫數(shù)等于一的時(shí)候，即表示一倍音速，這個(gè)是可以確定的。

人們之所以會(huì)創(chuàng)造這樣一個(gè)特殊的速度形容詞，主要就在于兩個(gè)方面。一方面是為了更方便計(jì)算現(xiàn)實(shí)生活中所遇到的速度難題。比如在飛機(jī)和航天器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果我們繼續(xù)用米/秒，千米/小時(shí)這樣的基本量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就會(huì)變得無(wú)比復(fù)雜，出現(xiàn)誤差的可能性也就會(huì)越大。

而另外一方面則是為了紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家恩斯特·馬赫，和電流的首個(gè)使用者，法國(guó)物理學(xué)家安培一樣，恩斯特·馬赫作為歷史上第一個(gè)引用這個(gè)單位物理量的科學(xué)家，自然能夠享受同樣的待遇。從此以后，人們?cè)谟龅酱笏俣葐?wèn)題的時(shí)候，馬赫便經(jīng)常被人提起。如果不算光速這樣的計(jì)算單位，那么馬赫應(yīng)該是人類目前在速度領(lǐng)域中提出的最大矢量。

當(dāng)然，未來(lái)究竟會(huì)不會(huì)有其他更加細(xì)致地劃分，我們現(xiàn)如今暫時(shí)還無(wú)法知曉。只不過(guò)就目前為止，馬赫的出現(xiàn)確實(shí)給人類帶來(lái)了很多便利，我們?cè)谟?jì)算大速度運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，也不再會(huì)因?yàn)閿?shù)值的波動(dòng)而苦惱，更不會(huì)為大數(shù)據(jù)的驗(yàn)算而發(fā)愁。

物理學(xué)家恩斯特·馬赫

提到物理學(xué)家恩斯特·馬赫，很多人其實(shí)都不太了解，可事實(shí)上，他為物理學(xué)所做出的貢獻(xiàn)絕對(duì)不容小覷。以愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論為例，這是對(duì)經(jīng)典力學(xué)發(fā)起的一次巨大沖擊，也是二十世紀(jì)物理學(xué)界最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。它首次將許多科學(xué)家們?cè)械?strong>基本物理觀念革新，讓人類對(duì)世界有了一個(gè)全新的認(rèn)知。但并沒(méi)有多少人知道，廣義相對(duì)論的雛形，其實(shí)就受到了馬赫思想的影響。

在馬赫看來(lái)，整個(gè)世界上的所有物質(zhì)都是由一種中性的“要素”演化而來(lái)，我們所看到的，所想象到的一切事物，也基本上都是這種要素的復(fù)合體。“要素”存在于虛無(wú)，又從虛無(wú)影響整個(gè)世界。別說(shuō)是那個(gè)時(shí)代的人，即便是放到現(xiàn)在，這種思維都是十分超前的。

不僅如此，馬赫甚至想到用函數(shù)關(guān)系來(lái)尋找“要素”和現(xiàn)實(shí)之間的具體聯(lián)系。如果真的找到了這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，那么我們現(xiàn)如今所收獲的一切知識(shí)都只不過(guò)是表象，只不過(guò)是要素關(guān)系的延伸。

其實(shí)許多物理學(xué)家在第一次看到這種理解的時(shí)候，都會(huì)認(rèn)為馬赫的想法完全是異想天開。這種理論就像是“日心說(shuō)”對(duì)“地心說(shuō)”的沖擊，讓許多人大為震驚。假如我們生活中所有的一切都屬于“假設(shè)”范疇內(nèi)的東西，那么我們存在的證明又是什么？好在愛(ài)因斯坦為馬赫用一種相對(duì)比較柔和的方式做出了解答，也就是相對(duì)論的提出。

愛(ài)因斯坦用科學(xué)的方法去解釋哲學(xué)的問(wèn)題，其根本理念和馬赫是相同的。在愛(ài)因斯坦之前，馬赫制造出許多讓人難以理解的復(fù)雜數(shù)據(jù)，以此來(lái)證明科學(xué)定律和現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系其實(shí)更像是和人類思維的聯(lián)系。可由于這些數(shù)據(jù)都實(shí)在是太難以理解，所以不少人甚至將馬赫看作是神棍。

事實(shí)上，相比于馬赫的猜想，他一生的主要研究重心還是在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)上面，馬赫數(shù)便是他提出了超聲學(xué)原理之后創(chuàng)造出來(lái)的一種相對(duì)數(shù)值。盡管在剛開始的時(shí)候并沒(méi)有多少人能夠理解這個(gè)全新的物理量，但隨著時(shí)間的推移以及人類對(duì)世界更加全面的認(rèn)識(shí)，馬赫數(shù)如今已經(jīng)成為了流體力學(xué)中的一個(gè)常用概念，基本單位以M表示。

馬赫的運(yùn)用要求

既然屬于基本物理量的范疇，那么在使用馬赫解決物理問(wèn)題的時(shí)候，自然就會(huì)有一定的條件限制。當(dāng)我們?cè)谝择R赫為基本單位去解決問(wèn)題的時(shí)候，就必須要同時(shí)給出高度和大氣條件。如果以上兩點(diǎn)都不能滿足，那么我們用一馬赫（即340米/秒）的速度測(cè)算出來(lái)的結(jié)果，必然會(huì)和實(shí)際結(jié)果存在較大的誤差。

要知道音速在除了在不同介質(zhì)中的傳播速度不同之外，在同一介質(zhì)的不同狀態(tài)下，傳遞速度也會(huì)不一樣。高度，溫度以及密度等等，都會(huì)在一定程度上對(duì)速度的數(shù)值產(chǎn)生影響。

因?yàn)檫@個(gè)特性的存在，所以我們即便在同一個(gè)地區(qū)的不同高度，最終得出來(lái)的馬赫數(shù)也都不一樣。一般情況下，高空空氣稀薄，空氣阻力下，馬赫數(shù)就會(huì)更高一些；而低空空氣含量豐富，阻力較大，馬赫數(shù)自然也就會(huì)低一些。

事實(shí)上不止是對(duì)馬赫數(shù)的運(yùn)用要求，其他許多類似的基本物理量在使用的時(shí)候，也會(huì)有一定的要求。這就很像我們?cè)诖痤}的時(shí)候，題目都會(huì)盡量的將變量完全鎖定，這樣才會(huì)方便我們進(jìn)行作答。而我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中對(duì)這些數(shù)值的考究，也就是為了讓實(shí)際數(shù)據(jù)更加趨近理想化，極大程度上削弱變量的影響力。只有這樣，我們?cè)谘芯窟@種實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候，才有可能無(wú)限接近理論數(shù)值。

當(dāng)然，有關(guān)于馬赫的運(yùn)用要求只需要稍作了解就行，大可不必執(zhí)著于此。畢竟馬赫數(shù)常用在各類飛行器上面，與我們的日常生活有一定的距離。科學(xué)家們對(duì)于這種數(shù)值的測(cè)量極其嚴(yán)格，也主要是盡可能地避免誤差影響到最終的結(jié)果。

運(yùn)用范圍

和影視作品中的運(yùn)用范圍一樣，馬赫在現(xiàn)實(shí)生活中也會(huì)用來(lái)形容高速飛行器。我們經(jīng)常聽到的超音速飛機(jī)與亞音速飛機(jī)等等，就都是以馬赫為單位。例如美國(guó)最著名的F-22戰(zhàn)斗機(jī)，人們就經(jīng)常會(huì)以2.25馬赫來(lái)形容它的速度。如果換算為米/秒來(lái)形容，那大概就是765米每秒。僅僅從這一點(diǎn)上就可以看出來(lái)，F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機(jī)的性能究竟有多么強(qiáng)悍。

除去戰(zhàn)斗機(jī)之外，航天飛行器也常常會(huì)用到馬赫這個(gè)單位。以我們國(guó)家長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭為例，在“胖5“將衛(wèi)星送入軌道的時(shí)候，它的速度就已經(jīng)達(dá)到了33到34馬赫之間，也就是11570米/秒。在這個(gè)速度下，別說(shuō)是美國(guó)的F-22戰(zhàn)斗機(jī)，就連彈道導(dǎo)彈的俯沖速度都只能達(dá)到十幾馬赫，這顯然是無(wú)法追上運(yùn)載火箭的速度的。

當(dāng)然，除去這些尖端科技產(chǎn)品之外，其他軍事武器的運(yùn)動(dòng)速度都很難被馬赫進(jìn)行概括。例如RPG-7火箭筒的速度到達(dá)了0.8馬赫，可人們最習(xí)慣的還是將它的速度描述為300米/秒。

馬赫的影響

事實(shí)上，科學(xué)家們?cè)诹私饬笋R赫之后，對(duì)其他物理變化量也有了新的推測(cè)。以加速度為例，不斷變化的加速度或許在未來(lái)的研究中就會(huì)運(yùn)用到類似馬赫的猜想。當(dāng)一個(gè)速度在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度不斷變化加快，且變化的曲線越來(lái)越大時(shí)，我們就有必要引入一個(gè)新的物理量來(lái)進(jìn)行描述。

除此以外，隨著人類科技的不斷發(fā)展和人類認(rèn)知的進(jìn)步，像這樣的特殊物理量必然會(huì)越來(lái)越貼近生活，我們普通人也自然需要有一定的了解才行。倘若未來(lái)的某一段時(shí)間里面，當(dāng)人們?cè)诮涣餍稳莼疚锢砹孔兓臅r(shí)候，我們完全不知道交流的含義是什么，那豈不是貽笑大方。

可能很多人都認(rèn)為這樣的事情距離我們太過(guò)遙遠(yuǎn)，但以現(xiàn)如今的科技發(fā)展速度來(lái)看，誰(shuí)又能說(shuō)得準(zhǔn)呢？現(xiàn)代物理世界觀和古代物理世界觀有著根本性的區(qū)別，發(fā)展時(shí)間卻不過(guò)百年，當(dāng)人類對(duì)世界的平均認(rèn)知都開始提升的時(shí)候，自然不能“獨(dú)自無(wú)知”。

在科學(xué)史上，不少提出全新觀念的人，都曾受到過(guò)前人的質(zhì)疑。可他們?cè)谕搜壑械漠愊胩扉_，卻成為了后世最寶貴的財(cái)富。一馬赫的速度含義只不過(guò)是一個(gè)微小的物理縮影，而當(dāng)這樣的縮影越來(lái)越多的時(shí)候，我們自然就能感受到世界越來(lái)越多的精彩。

結(jié)語(yǔ)

早在十九世紀(jì)末期，一部分物理學(xué)家就以曾將經(jīng)典物理學(xué)看作是物理發(fā)展的盡頭。在他們看來(lái)，未來(lái)的物理發(fā)展只剩下修修補(bǔ)補(bǔ)的工作了。可事實(shí)上，人類現(xiàn)如今所了解到的物理與真實(shí)世界的物理盡頭絕對(duì)還有遙不可及的距離，我們?cè)醺彝聰嘌裕?/p>

不僅如此，類似于馬赫一樣的物理量究竟還有多少，誰(shuí)又能夠做出回答呢？要知道現(xiàn)如今人類對(duì)物理的研究探索早已不止局限于經(jīng)典物理學(xué)，在高能物理以及量子力學(xué)的研究過(guò)程中，類似的相對(duì)量值必然會(huì)浮出水面。未來(lái)的科學(xué)探索之路，道阻且長(zhǎng)。