1947年10月14日上午,美国西部鸟不拉屎的莫哈维沙漠。这是晴朗的一天,除了风吹过裸露的山丘外,只有几条响尾蛇懒懒地在沙地上画着“S”。突然,一声巨响,真正的晴天霹雳,大地为之颤抖。然后,不知道从哪儿冒出来一群奇怪的人,他们欢呼雀跃,把帽子扔上了天。不久之后,一架有着炮弹般外形的橙色小飞机翩然降落在一座荒漠中的机场,从驾驶舱里钻出来一位英俊的小伙子,此人名叫耶格尔。绰号“大块头”的他因为这一声巨响永留史册——他是第一个把声音抛在身后的人。他刚刚驾驶的飞机超过了音速。
　　那这声巨响从何而来?让我们把视线从天空转向水面——把一粒石子投入水中,水面便会出现一圈圈涟漪,这是石子扰动水面形成的波。再看看航行的船,船头激起了倒V字形的楔形波纹。在空气中运动的物体与水上行船相似,只不过二维的水面变成了三维的空间,任何在空气中运动的物体都会扰动空气形成波。这看起来没什么,但当物体运动的速度越来越快时,问题就出现了。
　　空气中波的运动速度是有限的,也就是音速,当物体的速度达到音速时,它激起的那些波就被物体本身赶上了,堆积起来。换句话说,就是空气分子来不及逃开,被挤压在了一起。喜欢玩儿水的朋友肯定对这种场景有所体会。水是温柔的,但你如果想玩一下十米跳台,那可要小心,如果玩得不甚熟练,不小心肚皮接触了水面,温柔的水同样可以把你“揍”得七荤八素。如果玩得更惊险,来个悬崖跳水,如果姿势不当,那跟跳楼没什么区别。
　　当飞机的速度接近音速,情况与之类似,会有一堵空气墙横在前面。当然,这堵空气墙并不是固若金汤的。只要动力足够充沛,结构足够结实,外形足够合理,被空气墙裹住的飞机便会超过音速。此时被压缩到极致的空气被穿透,产生了激波。激波是什么我们大可不必详细了解,因为它涉及“熵、信息、介质、场、紊流”等一系列玄而又玄的概念。我们只需知道这激波可以造成压力的剧烈波动。这就是莫哈维沙漠上神秘巨响的来源。它更通俗的名称叫作音爆。如果有幸听过音爆,你会注意到它实际上是由紧邻的两声巨响组成的,这分别代表了空气被飞机前部撞开和空气在飞机尾部闭合形成的激波。当然,由于地面和建筑物的反射,那声音更像是打雷,绵延不绝。
　　音爆的能量巨大,一架低空超音速飞行的战斗机产生的音爆足以震碎门窗玻璃。有一个未经证实的传说,上世纪五六十年代一家开在美国某空军基地附近的养鸡场老板曾经投诉过空军,因为他的上万只鸡都被耍酷的飞行员用音爆震死了。
　　超音速飞机造成的音爆很难精确地计算,这跟飞机的外形、尺寸、飞行速度、飞行高度以及大气的特性有关。不过在上世纪70年代之前,人们不用太担心音爆的问题,因为只有少数军用飞机可以突破音速。然而随着著名的协和飞机的问世,音爆这东西突然变得敏感起来。因为协和是投入商业运行的两种超音速客机之一。有人测量过,一架在16000米高空以两倍音速飞行的协和客机产生的音爆对地面产生的压强高达100帕,相当于给一块一平方米左右的窗玻璃上施加10千克的力,玻璃哗哗直响就不难解释了。我们把压强换算成更直观的声强,100帕大约相当于133分贝,如果你恰好身处某重金属摇滚音乐会的大音箱旁边,就知道133分贝的声音会对你产生什么样的影响了。因此协和被禁止在陆地上进行超音速飞行,这与高昂的营运费用一起直接断送了这种优雅的飞机的生命,2003年,所有的协和退出市场,从此天空中不再有超音速客机的身影。
　　正是因为听到过音爆的人相对较少,所以它引发的恐慌事件也层出不穷。2006年4月26日,两架军用飞机超音速飞越美国亚利桑那州的一个城市,当地的911报警电话瞬间被打爆,许多民众报告发生了爆炸或者是地震。其实如果你仔细听,音爆之后总是伴随着飞机飞过的声音,很多人小时候一直以为这是飞机在投炸弹。
　　如果你没有听过飞机的音爆,那也不要紧。其实音爆经常发生在公园里,很多老大爷喜欢抽陀螺健身,如果不是亲眼所见,你很难想象那清脆的啪啪声是小小皮鞭发出来的。其实,这啪啪声就是一次次小小的音爆,因为根据观测,抽鞭子的时候鞭梢的速度已经突破了音速,这也可能是人类最早突破音速的尝试。
　　编辑/梁宇清