马赫 <马赫数的定名人> 江铭辉 五梦网
图：马赫是马赫数的定名人，以开创「震爆波」的研究，也是物理哲学家，逻辑的实证主义者，相对论的先驱。
一、 生平
因特斯.马赫（Ernest Mach；图）是奥国物理学家、心理学家和科学家，他是马赫数（Mach number）的定名人，以开创「震爆波」（Shock waves）的研究闻名于世，作为物理哲学家，他是逻辑的实证主义者，相对论的先驱。
由于出生地记载的是图拉斯（Turas，也是今日布尔诺的一部分），因此给佩里格林魏斯洗礼（Peregrin Weiss baptized），同时加入图拉斯的罗马天主教教会。
在14岁时，他先在家里接受父亲的教育，然后进入兹林的克莱姆西尔（Kremsier）的大学预备学校读3年。1855年他进入维也纳大学，学习物理和一学期的医学生理课程。
1860年获得维也纳大学博士（Univ. of Vienna），后第一年，他先作调适，这时他将工作致力于光学和声学的都卜勒效应。1864年，他在葛拉次（Craz）大学当数学教授，并拒绝苏尔堡（Salzburg）大学外科学教授的职位，1866年，他当物理教授。在此期间，马赫继续他在心理物理学和感官知觉的工作。1867年，他他当位于布拉格的查尔斯 -费迪南大学（Charles-Ferdinand University）的实验物理教授，在那里他呆了28年。1895年他应母校维也纳大学聘请，主持「归纳科学的历史和理论」讲座，创出举世闻名的科学纳法。
1898马赫曾一度心脏停跳，因此在 1901年从维也纳大学退休，并获委任到奥地利国会上院。在1913年离开维也纳后，他移居到他儿子的家中瓦特斯帝腾（vaterstetten，靠近慕尼黑），在那里他继续写作和相应的，直到1916年2月19日去世。
二、相对论的先驱者
1883年，马赫的名著《力学史评》一书问世，该书对牛顿力学从科学的、历史的和哲学的角度进行了全面的分析和批判。他声称：科学的现象叙述只不过是一种我们经验的简单表示罢了。科学对我们有用是因为它能使我们很快的回想到过去的经验，用来处理新环境和新遭遇。此外，他也认为牛顿的「绝对空间、绝对时间」理论是不正确的，对「绝对空间」他说：「物体的运动，只有在与宇宙中其余物体的关系比照下，才有意义，因此绝对空间并不存在。」至于「绝对时间」，他说：「当我们描述一件事情经过的时间，是用时钟上转轮的转数多少来计算，而非绝对时间的经过，因此，什么是绝对时间是无法单独存在的。」马赫的这种独到的见解，大大影响晚生的爱因斯坦（Albert Einastein）。爱因斯坦非常赞扬马赫的理论，称他是相对论的先驱，在悼念马赫的文章中，爱因斯坦写道：「马赫在他的<力学史评>中冲击这种教条式的信念，当我是一名学生的实候，这本书正是在这方面给我深刻的影响。」
马赫主义强调经验的重要性，把感觉经验看作认识的界限和我们生活世界的基础，认为唯物主义和唯心主义都有片面性，提出要超出二者之上，建立一种中立的的哲学。他们认为，作为组成这世界的元素不是物质也不是精神，而是感觉经验，无论物理的东西还是心理的东西都是这种感觉经验的复合。因此他认为感觉才是主要元素，心与物皆只是管感觉这元素的组合，「物」只不过由视觉传到脑部的元素组合，从这一立场出发，马赫主义认为，科学理论不是对客观世界及规律的反映，而是对感觉经验的描述。这种描述应当遵循用最少量的思维作出最完善的陈述。马赫称之为「经济思维原则」，或「费力最小原则」。结论是：「一切科学理论都只不过是作业的假说，只有方便与否之分，没有正确与错误之别。因此，客观真理是不存在的。」
马赫主义曾吸引了不少哲学家和科学家。德国哲学家：佩措尔德(
Joseph Petzold1862～1929)、维利(Rudolph Willy 1855～1920)，英国物理学家K.毕尔生（Karl Pearson1857～1936）等都信奉马赫主义。它也对这一时期的工人运动发生了一定影响，工人政党内的一些马赫主义者，如奥地利社会民主党的阿德勒(
Adler Victor 1852～1918)，俄国社会民主工党的波格丹诺夫（Alexander Bogdanov 1873~1928）、巴札罗夫(Bazarov Vladimir Aleksandrovich 1874～1939)等，都提出要用马赫主义补充马克思主义。这种状况在工人队伍内部造成了思想混乱。为此，列宁（Vladimir Ilyich Lenin1870～1924）写了《唯物主义和经验批判主义》一书，系统地批判了马赫主义。马赫主义的思想直接影响了以后的实用主义、新实在论、逻辑实证主义等西方哲学流派。
马赫一生中最重要的是致力于实验物理之研究，尤其是开创震爆波的理论。在作过无数次物理实验并发表一百多篇研究论文之后，他发现了「震爆波」并拍下清楚的「震爆波」照片，订下物体速度与声音速度的比，称为马赫数，依据马赫数的大小，他继续研究物体运动速度如果超出声速，会产生何种现象。虽然在他的时代没有超音速交通工具，但他已经开始超音速物体理论研究。但是，他一定没有想到，在他去世数十年后，由于超声速飞机的飞行以及原子弹的爆炸，使他的研究成果倍加受到重视，以他的名字命名的，如马赫数、马赫效应、马赫波、马赫角在空气动力学中广泛被使用，这也是他在力学上的历史贡献。
三、马赫数与马赫效应关系：
1.声音速度
音速，也称“声速”，是声波在介质中的传播速度。它同介质的性质和状态（如温度）有关。在0℃时，海平面空气中音速为每小时1192.9千米，每升高1℃音速约增加每小时2.16千米。水中音速约为每小时5184千米。在不同气象条件下、在不同高度，音速是不同的，空气中声音的速度虽然依空气的温度而变（若空气的温度愈高，则声音的速 度愈快），通常是每秒340公尺，若换算成时速，则每小时1,200公里。
2.何谓马赫数
人类使用运输工具会超过声音速度是在发明喷射机以后的事，从那时候起，在速度上「马赫」就开始被派上用场。
马赫数小于1者为次音速，马赫数大于5左右为极音速；马赫数是飞行的速度和当时飞行的音速之比值，大于1表示比音速快，同理，小于1是比音速慢。马赫数的计算公式是：
M= Vs/V ；Vs是波源（产生波的工具，如喷射机）；V是波的速度，如声音。
，其中U为流速，C为音速。音速为压力波（声波）在流体中传递的速度。
1马赫等于1个声音的速度。因此若有一物体以大于1马赫在运动，则表示该物体运动的速度超过音速。如下图，当喷射机以1马赫的速度飞行时，在地上便可听到极大的爆音，为什么会发生这种现象呢？当声源（喷射机）静止时，声波向各方面均匀扩张（图1），因此人无论在东方或南方，只要至声源的距离相等，都会听到相同声音。
但若声源移动，则会变成什么结果呢？
图1：当声源（喷射机）静止时，声波向各方面均匀扩张
当声源没有超过1马赫，以声源为中心而作圆形扩张的音波，朝着声源前进方向的声波，其间隔会变得狭窄，但由于声源速度比音速小，因此声音绝不会被声源（喷射机）赶上。图2，当喷射机向东飞时，声波向东偏移（假设图的右方为东方），由图知对于在东方的人来说，声源愈来愈近，圆与圆间隔愈来愈窄。相反地，对于在东方的人来说，声源愈来愈远，圆与圆间隔愈来愈宽。这时西方的人听的声音次数比西方的人还多。当声源速度比音速慢时，例如火车或救护车的警笛声，在东方的人会觉得是「尖锐声音」。
图2：当喷射机向东飞时，声波向东偏移，圆与圆间隔愈来愈窄。
若如图3，声源的速度为1马赫，所有声波会朝声源前进方向全部挤压在一起，声源尖端部分的空气被强力压缩，因此会在声源前进的垂直方向产生「震爆波」。这时与声源前进方向同一方的人，便可由正面，一瞬间听到声源从过去到现在所有发出的声音。这就是「震爆波」。当声源超过1马赫时（图4），由于声波被留在后方，因此震爆波会朝后方移动，由于声波被留在后方，因此震爆波会朝后方移动。结果，必须等声源通过后才能听到震爆波，同时喷射机是超音速，所以在喷射机后面产生小于1气压的负压。因此在强大压力之后，气压突然减低，其变化产生更可怕的震动。
图3：声源的速度为1马赫，所有声波会朝声源前进方向全部挤压在一起
图4：声源超过1马赫时，由于声波被留在后方，因此震爆波会朝后方移动
3.实例：
以实例说明，上述图1、2波源的前进速度比波的速度快，因此波源产生的波浪无法追感旧的波。波就这样遗`一直扩张出去。如果波源移动术速度一直增加，与波前进速度同速（如图3）或超前（如图4），则前面的波还来不及扩展就被压碎了，波源后方形成对各圆形波共同切线的形态且逐渐扩大的三角形波面。因水波的速度不快，一般船只和水鸟前进的速度都比它快，所以我们很容易看到水鸟在水中游泳，牠的后面就成三角形的波形（如图5）。如图4，现在我们再回头考虑超音速飞行的喷射机在空中的速度为vs，声波的速度为v，在时间t0时，这袈飞机在S0，后经过t1飞到S1， t2飞到S2……tn飞到Sn，这时. Sn刚产生波，所以波的半径是0，我们可以将Sn（点）到S0（最初的波峰）划一条切线，波前的包封形成一个锥形，它的顶角是sin θ＝v/vs ，是马郝数的倒数（图6）。
vs/v是马赫数，当超音速时vs＞v，这个锥形的波前就叫震爆波（Wave Shock）。
图5：水鸟在水中游泳，牠的后面就成三角形的波形
图6：超音速飞行的喷射机在空中它的震爆波成圆锥形