大千世界精彩紛呈的“速度表演”

力夫

大千世界里，有誰能說自己不在運(yùn)動(dòng)之中？是你、是我，還是動(dòng)物、微生物，還是“穩(wěn)如泰山”的泰山、“堅(jiān)如磐石”的磐石？

其實(shí)，大千世界里惟一不“運(yùn)動(dòng)”的就是運(yùn)動(dòng)本身。風(fēng)在吹，浪在涌，高山在崛起，沙丘在移動(dòng)……正是紛繁復(fù)雜、千姿百態(tài)的運(yùn)動(dòng)，使大千世界充滿生機(jī)和活力。但運(yùn)動(dòng)總是有速度的，只是不同物質(zhì)有不同的速度而已。

速度里面有多少奧秘？1納米/秒和10萬千米/秒的物質(zhì)速度變化有什么共同點(diǎn)，人自身的運(yùn)動(dòng)速度變化與自然界運(yùn)動(dòng)速度變化有什么相似性……讓我們?cè)诘厍蜻@個(gè)寬廣無邊的大舞臺(tái)上，一同欣賞大千世界精彩紛呈的“速度”表演，一同思考大千世界速度變化的奧秘！

上篇：速度在1米/秒以下的表演

10-11米/秒（10微微米/秒）? 青藏高原緩慢上升

青藏高原只是在近200萬年左右的時(shí)間內(nèi)，從海拔1000米的高度達(dá)到了現(xiàn)在海拔4700米的高度。它的平均上升速度是58.7微微米/秒。但每個(gè)地質(zhì)時(shí)期它隆升的速度并不均勻，在距今200萬年前的早更新世時(shí)期，它上升了1000米;在距今100萬年前的中更新世時(shí)期又上升了1000米;但從晚更新世以來的僅10余萬年，它卻上升了1500米以上，平均每年升高10毫米。其中，從距今1萬年前起，它上升的速度加快，平均每年上升70毫米?，F(xiàn)在，它仍處在快速上升的時(shí)期。

10-10米/秒（1埃/秒）? 爾威茲加樹慢慢長(zhǎng)高

自然界樹木生長(zhǎng)的速度，真是千差萬別，有的快得驚人，有的慢得出奇。例如在非洲的喀拉哈里沙漠中，有一種名叫爾威茲加的樹，個(gè)子很矮，整個(gè)樹冠是圓形的，從正面看，像是沙地上的小圓桌。它的生長(zhǎng)速度極慢，100年才長(zhǎng)高30厘米，即1埃/秒。也就是說，每秒鐘它僅僅長(zhǎng)高十億分之一厘米。

10-9米/秒（1納米/秒）? 東非大裂谷不斷開裂

據(jù)地球物理勘探資料分析，東非裂谷帶存在著許多活火山。這些活火山的不間斷活動(dòng)，導(dǎo)致大裂谷不停地向兩邊開裂，雖然速度非常緩慢，但近200萬年來，卻達(dá)到了平均每年開裂大約2～4厘米的速度。

按每年開裂3厘米的中間速度計(jì)算，其速度達(dá)到了1納米/秒。可別小看這個(gè)速度，它1萬年就是300多米。如果依此不停地開裂下去，未來的某一天，東非大裂谷終會(huì)將它東面的陸地從非洲大陸分離出去，從而產(chǎn)生一片新的海洋以及眾多的島嶼。

10-8米/秒（10納米/秒）? 海岸一步步后退

本世紀(jì)初，我國局部地區(qū)海岸侵蝕還相當(dāng)嚴(yán)重。特別是在采沙過度的海岸，近2～3年內(nèi)海水向陸地侵蝕100多米，侵蝕最嚴(yán)重的地方達(dá)200～300米。如今黃河入?？谝粠У暮０?，仍以2.3米/年、即72納米/秒的速度后退。

10-7米/秒（100納米/秒）? 沙丘緩緩移動(dòng)

自1950年以后，由于我國塔里木河上游耕墾不斷擴(kuò)大，致使塔里木河下游生態(tài)環(huán)境急劇惡化，主要表現(xiàn)在水源減少，特別是若羌縣所屬阿拉干以下，在1972年后已經(jīng)斷流，地下水位下降，水質(zhì)變壞，森林植被衰敗，土地沙漠化加劇發(fā)展。到1985年，低矮沙丘以10米/年、317納米/秒的速度向前移動(dòng)。由于水源枯竭和植被死亡，更使原有的灌叢沙堆迅速向流動(dòng)沙丘方向發(fā)展。

10-6米/秒（1微米/秒）? 大氣塵粒降落

大氣中含有大量的塵粒和其它固體物質(zhì)。尤其是粒徑為0.1微米到5微米的微粒，對(duì)于地表能量平衡的影響甚大。根據(jù)測(cè)定，此類塵粒中的少部分塵粒在大氣中的下沉速度約為1厘米/小時(shí)，即2.8微米/秒。如在2000米高空處存在著這類粒子時(shí)，約需20多年的時(shí)間才能沉降到地面。

在英國發(fā)現(xiàn)一種生長(zhǎng)很快的花卉植物，這種花卉屬于西洋丁香家族的一種。在14天的時(shí)間里它長(zhǎng)高3.65米，也就是說每天長(zhǎng)254毫米，長(zhǎng)高速度達(dá)到了2.9微米/秒。

10-5米/秒（1忽米/秒）? 黃河下游河道抬升

在近幾十年間，由于我國黃土高原嚴(yán)重的水土流失，致使每年流入黃河的泥沙達(dá)到了16 億噸，其中4億噸淤積在黃河下游河道，下游河床由此以平均10厘米/年、即2.8忽米/秒的速度抬升。

電流上導(dǎo)體中自由電子以很小的速度運(yùn)動(dòng)所形成的，金屬導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)速度最慢也約為每秒幾忽米。

10-4米/秒（1絲米/秒）? 細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)

動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)速度約為1絲米/秒。

電流由電荷移動(dòng)產(chǎn)生，這些電荷移動(dòng)很慢，速度約為60厘米/小時(shí)，相當(dāng)于1.7絲米/秒。

10-3米/秒（1毫米/秒）? 蝸牛速爬

蝸牛的爬行緩慢，其速度約為1.6毫米/秒，全速疾爬的速度為2.3 毫米/秒，大約8.5米/小時(shí)。

食物在腸里移動(dòng)的速度約為5毫米/秒。

10-2米/秒（1厘米/秒）? 口腔飛沫傳播

特定時(shí)期的傳染性病毒病常常通過近距離空中飛沫傳播。如病人一次劇烈的咳嗽，會(huì)產(chǎn)生100萬粒左右的小飛沫，其中含有大量的病毒或其他病原體，這些飛沫在靜止的空氣中以1厘米/秒的速度向四周擴(kuò)散。在室外，這些危險(xiǎn)的夾帶病毒的飛沫可能被吹散或者被陽光殺滅;而如果在室內(nèi)通風(fēng)狀況不好的情況下，人群就易被感染。

烏龜快速行走的速度約為5厘米/秒。

10-1米/秒（1分米/秒）? 經(jīng)絡(luò)傳感

醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)絡(luò)的傳感速度慢于神經(jīng)傳導(dǎo)速度，其速度為1分米/秒左右。因經(jīng)絡(luò)是隱形的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不像神經(jīng)傳導(dǎo)，是借助于顯形的神經(jīng)系統(tǒng)，所以其傳感速度要慢于神經(jīng)傳導(dǎo)速度。

蟑螂一般的爬行速度約為1分米/秒。

血液壓入主動(dòng)脈的速度約為2分米/秒。

下篇：速度在1米/秒以上的表演

100米/秒（1米/秒）? 濃煙擴(kuò)散

1米/秒到9米/秒速度，是日常生活中較為常見的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度。具備這一區(qū)間運(yùn)動(dòng)速度的物質(zhì)，常常與人們的生活密切相關(guān)。

火災(zāi)產(chǎn)生的高溫濃煙擴(kuò)散速度為約1米/秒左右，其垂直擴(kuò)散速度比水平方向快3～5倍。這種帶有毒氣的煙給救人、自救和疏散造成極大威脅。

一級(jí)風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速是1米/秒。當(dāng)微風(fēng)吹起，樹葉輕微擺動(dòng)，炊煙能表示風(fēng)向，海水則微微泛起波浪。我國東海海域的黑潮流的平均流速為1米/秒。

成年人步行的平均速度約為1米/秒，游泳的速度約為2米/秒。

球形閃電大多出現(xiàn)在雷雨交加的時(shí)刻或暴風(fēng)雨前后，呈發(fā)光的火球形狀，中心極亮。這種火球的顏色多變，直徑通常為10～40厘米。球形閃電常常以2米/秒的速度作水平移動(dòng)，有時(shí)停留在半空中，有時(shí)又降落地面。

我國的風(fēng)力資源極為豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的平均風(fēng)速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風(fēng)速更大，在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。

海水流動(dòng)速度為每秒3米/秒，潮汐的流動(dòng)速度為5米/秒。

101米/秒（10米/秒）? 激流飛瀉大峽谷

2009年8月16日，柏林田徑世界錦標(biāo)賽100米決賽中，牙買加運(yùn)動(dòng)員博爾特以9秒58獲得冠軍，大幅度刷新百米世界紀(jì)錄，成為世界上跑得最快的人，他的速度高達(dá)10.44米/秒。

人騎自行車的速度約為14米/秒。

雅魯藏布江大峽谷中許多河段兩岸巖石壁立，其河流流速高達(dá)16米/秒，水流湍急、浪花翻轉(zhuǎn)，至今未有人能漂流過雅魯藏布江大峽谷，其水流的險(xiǎn)惡程度也遠(yuǎn)在諸峽谷之上。

兔子疾馳的速度為22米/秒;駝鳥奔跑的速度為25米/秒;跑得最快的恐龍速度可達(dá)到20多米/秒;雪崩移動(dòng)速度約為30米/秒;獵豹是陸地動(dòng)物中跑得最快的動(dòng)物，每小時(shí)可跑145千米，即40米/秒。尖尾雨燕平時(shí)飛行的速度為170千米/小時(shí)，即47.2米/秒，最快時(shí)可達(dá)98米/秒，是世界上飛得最快的鳥;沖刺速度最快的鳥是游隼，在俯沖抓獵物時(shí)能達(dá)到50米/秒的速度。

潛水艇的速度約為20米/秒。有“中國第一快艇”之稱的“海豹”HP1600型超高速巡邏艇艇身輕盈，出擊迅捷，最高速度可達(dá)時(shí)速112海里，即58米/ 秒。

人類發(fā)生正常觸覺反應(yīng)時(shí)，觸覺信號(hào)通過一個(gè)快速傳導(dǎo)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳到大腦，這個(gè)傳導(dǎo)速度約為60米/秒。與此同時(shí)還有一種慢速度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的傳導(dǎo)速度僅1米/秒，這部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常被叫做觸覺小體。

高鐵行駛速度一般在300千米/小時(shí)，即83米/秒左右。由于它以電為動(dòng)力，在軌道沿線不會(huì)排放廢氣，無污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。

美國科學(xué)家讓光束穿過一團(tuán)由銣原子組成的熱氣，通過這種方法把光速從30萬千米/秒降到了90米/秒。

102米/秒（100米/秒）? 大風(fēng)暴席卷高山

1958年4月12日美國新漢普郡，在1916米高的華盛頓山上，大風(fēng)暴的風(fēng)速達(dá)到了每小時(shí)371千米，即103米/秒，這是風(fēng)暴風(fēng)速最大的世界記錄。

神經(jīng)脈沖沿神經(jīng)纖維的傳輸速度為120米/秒。

飛行最快的動(dòng)物是南美洲的牛虻，飛速達(dá)到了200米/秒。

次聲波在空氣中的傳播速度約為300米/秒，聲波在空氣中傳播速度是340米/秒。

“道爾”導(dǎo)彈又叫“圓環(huán)胎”導(dǎo)彈，北約國家稱它作“薩姆15”導(dǎo)彈，它是一種機(jī)動(dòng)型全天候近程防空武器，導(dǎo)彈發(fā)射后在極短的時(shí)間里就能達(dá)到每秒860米的高速度，它可以攻擊最大飛行速度達(dá)到700米/秒的飛機(jī)或?qū)?，而目前大部分機(jī)動(dòng)式防空武器只能攻擊速度約500米/秒的空中目標(biāo)。

子彈射出槍口的速度大約是900米/秒。

103米/秒（1千米/秒）? 地震波迅猛擴(kuò)散

聲音在水中的速度為1.453千米/秒。

在第一次世界大戰(zhàn)中，德國制造了一種炮身長(zhǎng)34米的大炮，炮彈的速度達(dá)到1.6千米/ 秒。

氣象火箭升空的速度約為1.7千米/秒。

地震波的縱波傳播速度約5～6千米/秒。在震中區(qū)，人們對(duì)縱波的感覺是上下顛動(dòng)。橫波的傳播速度約為3～5千米/秒。在震中區(qū)，人們對(duì)橫波的感覺是前后左右晃動(dòng)。因橫波速度比縱波速度小，故橫波跟在縱波后面。

電磁炮是利用電磁力為炮彈加速的電磁發(fā)射系統(tǒng)。電磁炮彈主要用于反導(dǎo)彈和反衛(wèi)星作戰(zhàn)。電磁炮的速度可達(dá)3～20千米/秒，能有效地摧毀空間的各種人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈。

人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的速度是7.9千米/秒，這一速度被稱為“第一宇宙速度”。

104米/秒（10千米/秒）? 流星雨追撞地球

在太陽系中除了九大行星和它們的衛(wèi)星以外，還有彗星、小行星及一些更小的天體。小天體的體積雖小，但它們也和九大行星一樣，在圍繞太陽公轉(zhuǎn)。如果它們有機(jī)會(huì)經(jīng)過地球附近，就有可能以每秒幾十千米的速度闖入地球大氣層，與地球大氣發(fā)生劇烈摩擦，從而發(fā)出耀眼的光芒。這就是我們經(jīng)?？吹降牧餍?。流星雨是一種由成群的流星看起來像是從夜空中的一點(diǎn)中迸發(fā)出來，并墜落下來的特殊天象。流星雨中流星的運(yùn)動(dòng)速度都在12千米/秒到72千米/秒之間。

到2019年的今天，人類發(fā)明的、飛的最遠(yuǎn)的宇宙探測(cè)器是旅行者一號(hào)，目前正在朝太陽系邊緣飛行，每年差不多要離開太陽5.7 億千米，它的飛行速度是17.4千米/ 秒。

105米/秒（100千米/秒）? 電子繞核運(yùn)動(dòng)

電子在原子中是按照一系列相隔有序的電子能級(jí)排列的。在原子結(jié)構(gòu)中，電子沒有被原子核吸到核上，是因?yàn)樗院芸斓乃俣壤@核運(yùn)動(dòng)。根據(jù)計(jì)算，氫原子核外離核最近的第一能級(jí)電子其繞核的速度為220千米/秒，在第二、第三能級(jí)的電子繞核運(yùn)動(dòng)速度是110千米/秒和73千米/秒。電子離核越遠(yuǎn)，其速度越小。

1894年，湯姆遜利測(cè)得陰極射線的速度是光速的1/1500，約200千米/秒。

在日全食時(shí)的短暫瞬間，人們常?？梢钥吹教栔車私k麗的色球外，還有一大片白里透藍(lán)、柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層——日冕。日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象是20 世紀(jì)70 年代末才觀測(cè)到的太陽瞬變的另一重要形式。一次日冕物質(zhì)拋射出的物質(zhì)質(zhì)量可達(dá)10～100億噸。其拋射速度在100～1000千米/秒之間。

106米/秒（1000千米/秒）

離子體云引發(fā)地磁爆

人們通常所說的“太陽風(fēng)暴”是指太陽上的劇烈的爆發(fā)活動(dòng)，它是由美國“水手2號(hào)”探測(cè)器于1962年發(fā)現(xiàn)的。太陽發(fā)出的電磁輻射、高能粒子流和等離子體流的變化會(huì)使太陽表層、地球的磁層、電離層狀態(tài)發(fā)生不同程度的變化。太陽活動(dòng)爆發(fā)時(shí)噴射出的等離子體云在空間運(yùn)行的速度可達(dá)1000千米/秒，它與地球的磁層、電離層相互作用，從而引起地磁暴和電離層暴。地磁暴不僅影響衛(wèi)星的姿勢(shì)控制，而且會(huì)對(duì)地面技術(shù)設(shè)備產(chǎn)生影響。

107米/秒（1萬千米/秒）? 核子波動(dòng)

原子核的結(jié)合能很大，比原子的結(jié)合能要大上千倍，比分子的結(jié)合能則要大到100萬倍以上。核子在原子核里是極不安分的，它們以波動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，速度高達(dá)1～10萬千米/秒。

108米/秒（10萬千米/秒） 原子彈爆放光輻射

人類目前憑眼睛能看見的光波有七種，稱為可見光。光傳播的速度是29.98萬千米/ 秒，是目前我們可觀測(cè)到具體數(shù)值的自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的“冠軍”。核武器的殺傷破壞方式主要有光輻射、沖擊波、早期核輻射、電磁脈沖及放射性污染等。光輻射是在核爆炸時(shí)釋放出的以30萬千米/秒傳播的一種輻射光。1枚當(dāng)量為2萬噸級(jí)的原子彈在空中爆炸后，距爆心7000米的物體，都會(huì)受到比陽光強(qiáng)13倍的光輻射。光輻射可使人迅速致盲，并使皮膚大面積灼傷潰爛，物體會(huì)燃燒。

109米/秒（100萬千米/秒）或以上??類星體輻射源超光速分離

1960年，射電天文學(xué)家用當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到兩個(gè)射電源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都是很暗的藍(lán)色的星體，盡管看起來像恒星，但又不是普通的恒星。天文學(xué)上稱它們?yōu)轭愋巧潆娫矗?jiǎn)稱類星體。令人驚奇的是，在某些類星體中，其分立的子電波源間出現(xiàn)分離的相對(duì)速度居然快過光速！1977年以來的發(fā)現(xiàn)證實(shí)，其中一個(gè)類星體的內(nèi)部有兩個(gè)輻射源，并且它們還在相互分離，分離的速度竟高達(dá)288萬千米/秒，是光速的9.6 倍！

這種與廣義相對(duì)論矛盾的現(xiàn)象應(yīng)該如何理解呢？這里要對(duì)光速極限加一點(diǎn)注解。有一種不正確的理解，認(rèn)為光速極限是一切速度的極限。這其實(shí)錯(cuò)了，光速只是物體運(yùn)動(dòng)速度的一種極限，或能量傳遞速度的一種極限。如果不考慮能量傳遞，那么找尋超光速的現(xiàn)象并不是難事。

舉一個(gè)極常見的例子。在節(jié)日的晚上，當(dāng)探照燈射向高空的云層時(shí)，由于云層的反射，你會(huì)在云層上看到一個(gè)亮點(diǎn)。當(dāng)?shù)孛嫔系奶秸諢袈D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，亮點(diǎn)卻以極快的速度在運(yùn)動(dòng)。如果能有足夠高的云層，這個(gè)亮點(diǎn)的速度就可以超過光速。這時(shí)，沿著亮點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌道并沒有能量的傳遞，所以它的速度并不受光速極限的限制。

探照燈的例子可以解釋類星體的超光速現(xiàn)象：類星體的中心母體噴射出兩股相反方向的粒子流（相當(dāng)于探照燈的光），它照射在星系際介質(zhì)上（相當(dāng)于高空中的云），從而激起射電輻射（相當(dāng)于亮點(diǎn)）。因此，只要中心母體有小的擺動(dòng)。粒子流照射所激起的輻射區(qū)就會(huì)迅速地移動(dòng)。光速不是這種輻射區(qū)移動(dòng)速度的極限，因而超過光速是許可的。

在宇宙大爆炸的初期，宇宙經(jīng)歷了一次極為短暫的暴漲階段，在宇宙誕生后的10-35～10-33 秒，宇宙奇點(diǎn)的直徑就由10-26米擴(kuò)張到了1024米（約相當(dāng)于1億光年）！依此計(jì)算，宇宙奇點(diǎn)在這一時(shí)間段的暴漲速度達(dá)到了1052萬千米/秒。宇宙如此高速暴漲的能量自何而來，仍是一個(gè)未解之謎。