大千世界精彩纷呈的“速度表演”

力夫

大千世界里，有谁能说自己不在运动之中？是你、是我，还是动物、微生物，还是“稳如泰山”的泰山、“坚如磐石”的磐石？

其实，大千世界里惟一不“运动”的就是运动本身。风在吹，浪在涌，高山在崛起，沙丘在移动……正是纷繁复杂、千姿百态的运动，使大千世界充满生机和活力。但运动总是有速度的，只是不同物质有不同的速度而已。

速度里面有多少奥秘？1纳米/秒和10万千米/秒的物质速度变化有什么共同点，人自身的运动速度变化与自然界运动速度变化有什么相似性……让我们在地球这个宽广无边的大舞台上，一同欣赏大千世界精彩纷呈的“速度”表演，一同思考大千世界速度变化的奥秘！

上篇：速度在1米/秒以下的表演

10-11米/秒（10微微米/秒）  青藏高原缓慢上升

青藏高原只是在近200万年左右的时间内，从海拔1000米的高度达到了现在海拔4700米的高度。它的平均上升速度是58.7微微米/秒。但每个地质时期它隆升的速度并不均匀，在距今200万年前的早更新世时期，它上升了1000米;在距今100万年前的中更新世时期又上升了1000米;但从晚更新世以来的仅10余万年，它却上升了1500米以上，平均每年升高10毫米。其中，从距今1万年前起，它上升的速度加快，平均每年上升70毫米。现在，它仍处在快速上升的时期。

10-10米/秒（1埃/秒）  尔威兹加树慢慢长高

自然界树木生长的速度，真是千差万别，有的快得惊人，有的慢得出奇。例如在非洲的喀拉哈里沙漠中，有一种名叫尔威兹加的树，个子很矮，整个树冠是圆形的，从正面看，像是沙地上的小圆桌。它的生长速度极慢，100年才长高30厘米，即1埃/秒。也就是说，每秒钟它仅仅长高十亿分之一厘米。

10-9米/秒（1纳米/秒）  东非大裂谷不断开裂

据地球物理勘探资料分析，东非裂谷带存在着许多活火山。这些活火山的不间断活动，导致大裂谷不停地向两边开裂，虽然速度非常缓慢，但近200万年来，却达到了平均每年开裂大约2～4厘米的速度。

按每年开裂3厘米的中间速度计算，其速度达到了1纳米/秒。可别小看这个速度，它1万年就是300多米。如果依此不停地开裂下去，未来的某一天，东非大裂谷终会将它东面的陆地从非洲大陆分离出去，从而产生一片新的海洋以及众多的岛屿。

10-8米/秒（10纳米/秒）  海岸一步步后退

本世纪初，我国局部地区海岸侵蚀还相当严重。特别是在采沙过度的海岸，近2～3年内海水向陆地侵蚀100多米，侵蚀最严重的地方达200～300米。如今黄河入海口一带的海岸，仍以2.3米/年、即72纳米/秒的速度后退。

10-7米/秒（100纳米/秒）  沙丘缓缓移动

自1950年以后，由于我国塔里木河上游耕垦不断扩大，致使塔里木河下游生态环境急剧恶化，主要表现在水源减少，特别是若羌县所属阿拉干以下，在1972年后已经断流，地下水位下降，水质变坏，森林植被衰败，土地沙漠化加剧发展。到1985年，低矮沙丘以10米/年、317纳米/秒的速度向前移动。由于水源枯竭和植被死亡，更使原有的灌丛沙堆迅速向流动沙丘方向发展。

10-6米/秒（1微米/秒）  大气尘粒降落

大气中含有大量的尘粒和其它固体物质。尤其是粒径为0.1微米到5微米的微粒，对于地表能量平衡的影响甚大。根据测定，此类尘粒中的少部分尘粒在大气中的下沉速度约为1厘米/小时，即2.8微米/秒。如在2000米高空处存在着这类粒子时，约需20多年的时间才能沉降到地面。

在英国发现一种生长很快的花卉植物，这种花卉属于西洋丁香家族的一种。在14天的时间里它长高3.65米，也就是说每天长254毫米，长高速度达到了2.9微米/秒。

10-5米/秒（1忽米/秒）  黄河下游河道抬升

在近几十年间，由于我国黄土高原严重的水土流失，致使每年流入黄河的泥沙达到了16 亿吨，其中4亿吨淤积在黄河下游河道，下游河床由此以平均10厘米/年、即2.8忽米/秒的速度抬升。

电流上导体中自由电子以很小的速度运动所形成的，金属导体中自由电子的定向移动速度最慢也约为每秒几忽米。

10-4米/秒（1丝米/秒）  细胞质流动

动植物细胞内细胞质的流动速度约为1丝米/秒。

电流由电荷移动产生，这些电荷移动很慢，速度约为60厘米/小时，相当于1.7丝米/秒。

10-3米/秒（1毫米/秒）  蜗牛速爬

蜗牛的爬行缓慢，其速度约为1.6毫米/秒，全速疾爬的速度为2.3 毫米/秒，大约8.5米/小时。

食物在肠里移动的速度约为5毫米/秒。

10-2米/秒（1厘米/秒）  口腔飞沫传播

特定时期的传染性病毒病常常通过近距离空中飞沫传播。如病人一次剧烈的咳嗽，会产生100万粒左右的小飞沫，其中含有大量的病毒或其他病原体，这些飞沫在静止的空气中以1厘米/秒的速度向四周扩散。在室外，这些危险的夹带病毒的飞沫可能被吹散或者被阳光杀灭;而如果在室内通风状况不好的情况下，人群就易被感染。

乌龟快速行走的速度约为5厘米/秒。

10-1米/秒（1分米/秒）  经络传感

医学实验证明，经络的传感速度慢于神经传导速度，其速度为1分米/秒左右。因经络是隐形的网络系统，不像神经传导，是借助于显形的神經系统，所以其传感速度要慢于神经传导速度。

蟑螂一般的爬行速度约为1分米/秒。

血液压入主动脉的速度约为2分米/秒。

下篇：速度在1米/秒以上的表演

100米/秒（1米/秒）  浓烟扩散

1米/秒到9米/秒速度，是日常生活中较为常见的物质运动速度。具备这一区间运动速度的物质，常常与人们的生活密切相关。

火灾产生的高温浓烟扩散速度为约1米/秒左右，其垂直扩散速度比水平方向快3～5倍。这种带有毒气的烟给救人、自救和疏散造成极大威胁。

一级风的标准风速是1米/秒。当微风吹起，树叶轻微摆动，炊烟能表示风向，海水则微微泛起波浪。我国东海海域的黑潮流的平均流速为1米/秒。

成年人步行的平均速度约为1米/秒，游泳的速度约为2米/秒。

球形闪电大多出现在雷雨交加的时刻或暴风雨前后，呈发光的火球形状，中心极亮。这种火球的颜色多变，直径通常为10～40厘米。球形闪电常常以2米/秒的速度作水平移动，有时停留在半空中，有时又降落地面。

我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大，在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

海水流动速度为每秒3米/秒，潮汐的流动速度为5米/秒。

101米/秒（10米/秒）  激流飞泻大峡谷

2009年8月16日，柏林田径世界锦标赛100米决赛中，牙买加运动员博尔特以9秒58获得冠军，大幅度刷新百米世界纪录，成为世界上跑得最快的人，他的速度高达10.44米/秒。

人骑自行车的速度约为14米/秒。

雅鲁藏布江大峡谷中许多河段两岸岩石壁立，其河流流速高达16米/秒，水流湍急、浪花翻转，至今未有人能漂流过雅鲁藏布江大峡谷，其水流的险恶程度也远在诸峡谷之上。

兔子疾驰的速度为22米/秒;驼鸟奔跑的速度为25米/秒;跑得最快的恐龙速度可达到20多米/秒;雪崩移动速度约为30米/秒;猎豹是陆地动物中跑得最快的动物，每小时可跑145千米，即40米/秒。尖尾雨燕平时飞行的速度为170千米/小时，即47.2米/秒，最快时可达98米/秒，是世界上飞得最快的鸟;冲刺速度最快的鸟是游隼，在俯冲抓猎物时能达到50米/秒的速度。

潜水艇的速度约为20米/秒。有“中国第一快艇”之称的“海豹”HP1600型超高速巡逻艇艇身轻盈，出击迅捷，最高速度可达时速112海里，即58米/ 秒。

人类发生正常触觉反应时，触觉信号通过一个快速传导的神经网络传到大脑，这个传导速度约为60米/秒。与此同时还有一种慢速度神经网络，它的传导速度仅1米/秒，这部分神经网络通常被叫做触觉小体。

高铁行驶速度一般在300千米/小时，即83米/秒左右。由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具。

美国科学家让光束穿过一团由铷原子组成的热气，通过这种方法把光速从30万千米/秒降到了90米/秒。

102米/秒（100米/秒）  大风暴席卷高山

1958年4月12日美国新汉普郡，在1916米高的华盛顿山上，大风暴的风速达到了每小时371千米，即103米/秒，这是风暴风速最大的世界记录。

神经脉冲沿神经纤维的传输速度为120米/秒。

飞行最快的动物是南美洲的牛虻，飞速达到了200米/秒。

次声波在空气中的传播速度约为300米/秒，声波在空气中传播速度是340米/秒。

“道尔”导弹又叫“圆环胎”导弹，北约国家称它作“萨姆15”导弹，它是一种机动型全天候近程防空武器，导弹发射后在极短的时间里就能达到每秒860米的高速度，它可以攻击最大飞行速度达到700米/秒的飞机或导弹，而目前大部分机动式防空武器只能攻击速度约500米/秒的空中目标。

子弹射出枪口的速度大约是900米/秒。

103米/秒（1千米/秒）  地震波迅猛扩散

声音在水中的速度为1.453千米/秒。

在第一次世界大战中，德国制造了一种炮身长34米的大炮，炮弹的速度达到1.6千米/ 秒。

气象火箭升空的速度约为1.7千米/秒。

地震波的纵波传播速度约5～6千米/秒。在震中区，人们对纵波的感觉是上下颠动。横波的传播速度约为3～5千米/秒。在震中区，人们对横波的感觉是前后左右晃动。因横波速度比纵波速度小，故横波跟在纵波后面。

电磁炮是利用电磁力为炮弹加速的电磁发射系统。电磁炮弹主要用于反导弹和反卫星作战。电磁炮的速度可达3～20千米/秒，能有效地摧毁空间的各种人造卫星和导弹。

人造卫星环绕地球运行的速度是7.9千米/秒，这一速度被称为“第一宇宙速度”。

104米/秒（10千米/秒）  流星雨追撞地球

在太阳系中除了九大行星和它们的卫星以外，还有彗星、小行星及一些更小的天体。小天体的体积虽小，但它们也和九大行星一样，在围绕太阳公转。如果它们有机会经过地球附近，就有可能以每秒几十千米的速度闯入地球大气层，与地球大气发生剧烈摩擦，从而发出耀眼的光芒。这就是我们经常看到的流星。流星雨是一种由成群的流星看起来像是从夜空中的一点中迸发出来，并坠落下来的特殊天象。流星雨中流星的运动速度都在12千米/秒到72千米/秒之间。

到2019年的今天，人类发明的、飞的最远的宇宙探测器是旅行者一号，目前正在朝太阳系边缘飞行，每年差不多要离开太阳5.7 亿千米，它的飞行速度是17.4千米/ 秒。

105米/秒（100千米/秒）  电子绕核运动

电子在原子中是按照一系列相隔有序的电子能级排列的。在原子结构中，电子没有被原子核吸到核上，是因為它以很快的速度绕核运动。根据计算，氢原子核外离核最近的第一能级电子其绕核的速度为220千米/秒，在第二、第三能级的电子绕核运动速度是110千米/秒和73千米/秒。电子离核越远，其速度越小。

1894年，汤姆逊利测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约200千米/秒。

在日全食时的短暂瞬间，人们常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外，还有一大片白里透蓝、柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层——日冕。日冕物质抛射现象是20 世纪70 年代末才观测到的太阳瞬变的另一重要形式。一次日冕物质抛射出的物质质量可达10～100亿吨。其抛射速度在100～1000千米/秒之间。

106米/秒（1000千米/秒）

离子体云引发地磁爆

人们通常所说的“太阳风暴”是指太阳上的剧烈的爆发活动，它是由美国“水手2号”探测器于1962年发现的。太阳发出的电磁辐射、高能粒子流和等离子体流的变化会使太阳表层、地球的磁层、电离层状态发生不同程度的变化。太阳活动爆发时喷射出的等离子体云在空间运行的速度可达1000千米/秒，它与地球的磁层、电离层相互作用，从而引起地磁暴和电离层暴。地磁暴不仅影响卫星的姿势控制，而且会对地面技术设备产生影响。

107米/秒（1万千米/秒）  核子波动

原子核的结合能很大，比原子的结合能要大上千倍，比分子的结合能则要大到100万倍以上。核子在原子核里是极不安分的，它们以波动方式运动，速度高达1～10万千米/秒。

108米/秒（10万千米/秒） 原子弹爆放光辐射

人类目前凭眼睛能看见的光波有七种，称为可见光。光传播的速度是29.98万千米/ 秒，是目前我们可观测到具体数值的自然界物质运动速度的“冠军”。核武器的杀伤破坏方式主要有光辐射、冲击波、早期核辐射、电磁脉冲及放射性污染等。光辐射是在核爆炸时释放出的以30万千米/秒传播的一种辐射光。1枚当量为2万吨级的原子弹在空中爆炸后，距爆心7000米的物体，都会受到比阳光强13倍的光辐射。光辐射可使人迅速致盲，并使皮肤大面积灼伤溃烂，物体会燃烧。

109米/秒（100万千米/秒）或以上  类星体辐射源超光速分离

1960年，射电天文学家用当时世界上最大的望远镜观测到两个射电源。结果发现它们都是很暗的蓝色的星体，尽管看起来像恒星，但又不是普通的恒星。天文学上称它们为类星射电源，简称类星体。令人惊奇的是，在某些类星体中，其分立的子电波源间出现分离的相对速度居然快过光速！1977年以来的发现证实，其中一个类星体的内部有两个辐射源，并且它们还在相互分离，分离的速度竟高达288万千米/秒，是光速的9.6 倍！

这种与广义相对论矛盾的现象应该如何理解呢？这里要对光速极限加一点注解。有一种不正确的理解，認为光速极限是一切速度的极限。这其实错了，光速只是物体运动速度的一种极限，或能量传递速度的一种极限。如果不考虑能量传递，那么找寻超光速的现象并不是难事。

举一个极常见的例子。在节日的晚上，当探照灯射向高空的云层时，由于云层的反射，你会在云层上看到一个亮点。当地面上的探照灯慢慢转动时，亮点却以极快的速度在运动。如果能有足够高的云层，这个亮点的速度就可以超过光速。这时，沿着亮点运动的轨道并没有能量的传递，所以它的速度并不受光速极限的限制。

探照灯的例子可以解释类星体的超光速现象：类星体的中心母体喷射出两股相反方向的粒子流（相当于探照灯的光），它照射在星系际介质上（相当于高空中的云），从而激起射电辐射（相当于亮点）。因此，只要中心母体有小的摆动。粒子流照射所激起的辐射区就会迅速地移动。光速不是这种辐射区移动速度的极限，因而超过光速是许可的。

在宇宙大爆炸的初期，宇宙经历了一次极为短暂的暴涨阶段，在宇宙诞生后的10-35～10-33 秒，宇宙奇点的直径就由10-26米扩张到了1024米（约相当于1亿光年）！依此计算，宇宙奇点在这一时间段的暴涨速度达到了1052万千米/秒。宇宙如此高速暴涨的能量自何而来，仍是一个未解之谜。