可能许多人都知道，当飞行器在大气层中的运动速度接近音速时，再想提速就很困难了，此时飞行器遇到了不易逾越的鸿沟——音障。
声音本质上就是声源发出的声波。自然界中除了声音，还有光，光也是一种波，称之为光波。耳朵接收到了声波，眼睛接收到了光波，于是我们便感知到了这缤纷的世界。
此时脑洞一开，我想到了一个问题：既然声波和光波有很多相似之处，自然界中存在音障，那么存在光障吗？
为了弄明白这个问题，我们先了解一下与声音相关的知识和音障。
什么是音障？
众所周知，声音在空气中的传播速度是有限的，在空气中高速运动的物体的速度是可以超过声速的。当飞行器的移动速度达到0.9倍音速（即0.9马赫），时速大约1000公里左右，就会产生局部激波，空气阻力便会剧增，阻碍物体的运动，这就是音障。
声音的本质是声波，声波是一种机械波，需要依靠弹性介质来传播。声源的振动引起临近的介质跟着一起振动，形成了疏密相间的纵波（波的传播方向与振动方向一致），并向四面八方扩散开来，这就是声音产生的原因。通常我们所说的声音它的声波频率在20 Hz~20 kHz之间，此外还有人耳听不到的次声波以及超声波。
声音依靠介质传播，必然会受介质制衡。在标准大气压和室温（15℃）条件下，声音在大气层内地表附近传播时的速度大约为340米每秒。声音在介质中的传播速度并不是恒定的，它会受介质的类型及其密度的影响。声音在空气中的传播速度就会受温度影响，因为温度越高，局部空气的密度就会越小，声音的传播速度也会变慢。此外大气层的密度是呈梯度分布的，海拔越高，空气越稀薄，相应的声速也就越慢。
当然声音的传播速度也不可能无穷大。声音只能在弹性介质中传播。如果介质是刚体（不可压缩），声音的传播速度就会无穷大，还好刚体在现实世界中是不存在的。
现在来了解一下，为什么会产生音障？物体只要在空气中运动，就会受到空气阻力影响，物体也会对空气产生反作用。飞行器在空气中运动时会引起周围空气的振动形成声波，声波是连续不断扩散的。当飞行器的运动速度接近音速时，声波来不及扩散，空气被压缩、密度升高，形成一堵无形的“气墙”阻碍飞行器的运动，还会使飞行器产生剧烈的抖动、甚至失控，这便是音障。这里的“气墙”其实就是空气受压缩后累积形成的激波。其实不仅在空气中存在音障，水中也一样存在。
上图为激波示意图
当物体的运动速度接近或者超过音速时，这些激波面上的声波能量高度集中，这些声音传到人耳中会产生强烈而短暂的爆鸣感，这被称之为音爆。这种声波能量相当强大，当超音速飞机低空飞行时，甚至能够震碎地表建筑物的玻璃。
激波实际上是看不到的，人肉眼之所以能看到，那是因为空气中的水蒸气在声波能量的高压作用下产生了凝结，便形成了肉眼可见的锥形激波（如下图所示）。
要想突破音障，就要大幅度提高发动机的推力。由于万米高空处的的大气比较稀薄，阻力比较小，目前的超音速飞机在几万米的高空可以达到10马赫左右的速度，大约每秒3公里。步枪子弹的初速度就可以达到2马赫。
存在光障吗？
通过上面的介绍，相信大家已经对音障有所了解，下面来介绍光障。
光波与声波虽然类似，但并不相同，光是电磁波，光的传播不需要介质，可以在真空中传播。声音是实物粒子的波动，而光则是电磁场的波动。光在真空中的传播速度大约为30万千米每秒，空气中的光速与之近似。
如图所示，电磁波是一种横波。
众多实验已经证明，当有静止质量的物体的运动速度越来越接近光速时，它的质量也会变得越来越大。这被称之为质增效应。根据质能方程，能量和质量是物体同一属性的不同度量方式，物体的动能增加，质量也会跟着增加。理论上而言，如果物体的运动速度达到光速，那么它的质量将会变得无穷大。可见，物体的运动速度永远也不可能达到光速，真空中的光速是宇宙间物体运动速度的极限。
上图为质速关系公式
通过分析相对论中的质速关系，可以发现：当物体的运动速度越接近光速时，其质量增幅也会上升的越快。这与物体运动速度接近音速的情况类似，当物体的运动速度接近音速时，阻力便会剧增。在这儿，当物体的运动速度接近光速时，物体的质量也会剧增，巨大的惯性将阻碍物体继续加速。即使耗尽全宇宙的能量，也不能将一个物体加速至光速。此外，当物体的质量达到一定临界值时，其会在自身引力的作用下发生坍缩，形成黑洞。
这便可以称之为光障，即物体的运动速度永远也不能达到光速，只能无限接近于光速。从上面的介绍中可以看出，音障和光障的产生机制是不同的。
光速不可超越？自然界中不是存在一些超光速现象吗？这又怎么解释？
自然界中确实存在一些超光速现象。例如：宇宙空间的膨胀速度超光速，140亿光年外宇宙的膨胀速度就超过了光速；量子纠缠的感应速度超光速。不过需要注意，这两种超光速现象都不涉及物质的运动（信息的传递本质上也是物质运动）。宇宙空间的膨胀并不涉及物质运动，这并不违反相对论；此外，量子纠缠也不能用来超光速传递信息，因此用量子纠缠来实现远距离实时通信是行不通的。对于那些因观测导致的天体视运动速度超光速，这根本就不是超光速。
值得一提的是，自然界中还存在一种伪超光速现象，这里超的不是真空中的光速，而是光在其它介质中的传播速度。比如，光在水中的传播速度大约为真空中光速的75%，如果此时有带电粒子的运动速度超过了此时水中光的传播速度，那么就产生了“超光速”现象。在这种现象中还会产生切伦科夫辐射，其特征是产生蓝色辉光，在核反应堆的重水中就可以观察到这种现象。是不是有点“光爆”的感觉？
上图为重水反应堆中的切伦科夫辐射
结语
综上所述，确实存在光障，但与音障又有所不同，光障是不可突破的，光障和音障的产生机制也是不同的。
授人以鱼，不如授人以渔。根据声波和光波的相似性，我们从音障推想到光障，这属于类比推理，是一种常见的逻辑思维方式。类比推理是从特殊到特殊，归纳推理是从特殊到一般，演绎推理是从一般到特殊。
就介绍到这儿，不知道大家对此有什么看法？欢迎在评论下方留言。
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