1
00:00:06,616 --> 00:00:10,513
人类已经痴迷于速度很多年了

2
00:00:10,513 --> 00:00:14,746
人类的进步史就是一部不断加速的速度史

3
00:00:14,746 --> 00:00:18,611
而其中最重要的成就之一

4
00:00:18,611 --> 00:00:21,503
就是突破音障

5
00:00:21,503 --> 00:00:24,871
飞机成功试飞后不久

6
00:00:24,871 --> 00:00:29,983
飞行员们越来越追求高度

7
00:00:29,983 --> 00:00:32,385
然而，剧烈的颠簸

8
00:00:32,385 --> 00:00:37,688
和巨大的阻力阻止了他们前行的脚步

9
00:00:37,688 --> 00:00:41,647
其中一些飞行员尝试规避高速飞行的风险

10
00:00:41,647 --> 00:00:44,085
但结果常常是悲剧性的

11
00:00:44,085 --> 00:00:47,550
1947年，飞行器设计水准得到了提高

12
00:00:47,550 --> 00:00:52,302
可调水平尾翼，又叫全动尾翼的出现

13
00:00:52,302 --> 00:00:55,521
使一名名叫查克·叶格的美国空军飞行员

14
00:00:55,521 --> 00:01:03,721
驾驶X-1试验机飞行度速度达到1127千米/秒

15
00:01:03,721 --> 00:01:06,924
成为第一个突破音速

16
00:01:06,924 --> 00:01:09,720
飞得比声音还快的人

17
00:01:09,720 --> 00:01:13,929
X-1试验机是许多超音速飞机模仿的对象

18
00:01:13,929 --> 00:01:17,913
之后有些飞机的航速甚至能突破3马赫

19
00:01:17,913 --> 00:01:21,573
飞机在超音速飞行时会产生冲击波

20
00:01:21,573 --> 00:01:25,682
像雷鸣一样的声音，就是我们熟知的音爆

21
00:01:25,682 --> 00:01:29,179
音爆会危害附近的人畜

22
00:01:29,179 --> 00:01:31,070
甚至伤及周边建筑物

23
00:01:31,070 --> 00:01:31,911
因此

24
00:01:31,911 --> 00:01:35,345
全世界的科学家们开始研究音爆

25
00:01:35,345 --> 00:01:37,788
试图阻止其在大气中传播

26
00:01:37,788 --> 00:01:42,191
研究它的响度，以及何时停止

27
00:01:42,191 --> 00:01:45,310
为了更好的理解科学家研究音爆

28
00:01:45,310 --> 00:01:48,298
我们拿一些最基本的声音举例子

29
00:01:48,298 --> 00:01:51,931
想象往平静的池塘扔小石子

30
00:01:51,931 --> 00:01:53,177
看到了什么？

31
00:01:53,177 --> 00:01:55,875
小石子引发的波浪在水中传播

32
00:01:55,875 --> 00:01:58,670
所有方向的速度都一样

33
00:01:58,670 --> 00:02:02,887
这些半径持续扩大的圆圈叫做波阵面

34
00:02:02,887 --> 00:02:05,904
同样，虽然我们看不见

35
00:02:05,904 --> 00:02:09,307
一个像家庭音响那样的固定声源

36
00:02:09,307 --> 00:02:12,199
在制造向外的声波

37
00:02:12,199 --> 00:02:14,330
波向外传播的速度取决于

38
00:02:14,330 --> 00:02:18,110
海拔、气温等因素

39
00:02:18,110 --> 00:02:24,463
在海平面高度，音速约为1225千米/秒

40
00:02:24,463 --> 00:02:27,290
与二维位表面上的圆圈不同

41
00:02:27,290 --> 00:02:30,732
波阵面是同心球面

42
00:02:30,732 --> 00:02:35,901
声音沿射线传播，垂直于波阵面

43
00:02:35,901 --> 00:02:40,076
想象一个移动声源，比如火车汽笛

44
00:02:40,076 --> 00:02:43,034
持续朝同一方向移动

45
00:02:43,034 --> 00:02:47,566
声源前方的波会聚拢

46
00:02:47,566 --> 00:02:52,636
增大的波频便引发了著名的多普勒效应

47
00:02:52,636 --> 00:02:55,729
——接近观测者的物体声调会变高

48
00:02:55,729 --> 00:02:59,927
但只要声源移动的速度比声波传播的速度慢

49
00:02:59,927 --> 00:03:02,756
他们就会保持相互嵌套的状态不变

50
00:03:02,756 --> 00:03:07,771
只有当物体以超音速移动，比它自己发出的声音还快的时候

51
00:03:07,771 --> 00:03:10,597
波的图像才会发生巨大变化

52
00:03:10,597 --> 00:03:13,200
当它超越了自己先前发射的声波

53
00:03:13,200 --> 00:03:15,702
同时又生成了新的声波

54
00:03:15,702 --> 00:03:19,820
波们就被迫挤在一起了，形成了马赫锥

55
00:03:19,820 --> 00:03:22,808
当它靠近时，观测者听不到任何声音

56
00:03:22,808 --> 00:03:27,888
因为物体比它自己制造的声音还快

57
00:03:27,888 --> 00:03:33,051
只有物体超越观测者之后，观测者才能听见音爆

58
00:03:33,051 --> 00:03:37,007
马赫锥接触地面形成一条双曲线

59
00:03:37,007 --> 00:03:41,306
当它前行时留下一条轨迹叫做超音速爆音区

60
00:03:41,306 --> 00:03:46,253
这可以用来划分受音爆影响的区域

61
00:03:46,253 --> 00:03:49,303
如何计算音爆的强度？

62
00:03:49,303 --> 00:03:52,869
可以通过求解著名的纳维-斯托克斯方程

63
00:03:52,869 --> 00:03:56,265
来找寻空气中气压的变化

64
00:03:56,265 --> 00:03:59,516
因为超音速飞机是在空气中飞行的

65
00:03:59,516 --> 00:04:03,853
由此导致了名叫N波的压力场特征

66
00:04:03,853 --> 00:04:05,483
这个形状表示什么？

67
00:04:05,483 --> 00:04:09,506
音爆的出现是由于气压骤变

68
00:04:09,506 --> 00:04:11,918
N波包括两个爆炸：

69
00:04:11,918 --> 00:04:15,497
一个在机头气压骤升时

70
00:04:15,497 --> 00:04:18,349
另一个在机尾越过马赫锥时

71
00:04:18,349 --> 00:04:21,017
气压瞬间恢复正常

72
00:04:21,017 --> 00:04:23,130
这导致了两次爆炸

73
00:04:23,130 --> 00:04:26,636
但人类通常只听到一声爆炸

74
00:04:26,636 --> 00:04:29,878
飞行中，电脑模型利用这个原理

75
00:04:29,878 --> 00:04:34,023
以及提供的航行轨道和空气数据

76
00:04:34,023 --> 00:04:37,626
常能预测音爆的位置和强度

77
00:04:37,626 --> 00:04:40,738
关于减弱音爆的研究也正在进行

78
00:04:40,738 --> 00:04:45,809
与此同时，超音速飞机仍不允许飞越土地上空

79
00:04:45,809 --> 00:04:48,572
所以，音爆是近期的发明吗？

80
00:04:48,572 --> 00:04:50,088
不是。

81
00:04:50,088 --> 00:04:52,516
当我们还在找寻降噪的途径时

82
00:04:52,516 --> 00:04:56,045
很多动物们已经在利用音爆了

83
00:04:56,045 --> 00:05:03,916
梁龙似乎能让它的尾巴通过敲击达到1200千米/秒的速度

84
00:05:03,916 --> 00:05:07,937
来威慑捕食者

85
00:05:07,937 --> 00:05:12,437
某些种类的虾也能在水下制造相似的冲击波

86
00:05:12,437 --> 00:05:16,163
只需弹一下它巨大的钳子

87
00:05:16,163 --> 00:05:19,733
就能远距离惊吓甚至杀死被食者

88
00:05:19,733 --> 00:05:22,203
所以当人类在对速度不懈的追求中

89
00:05:22,203 --> 00:05:24,853
取得了重大进步时

90
00:05:24,853 --> 00:05:27,413
却发现大自然早已先行一步