严伯钧
上海浦东机场有磁悬浮列车，它的最高运行速度可以达到430千米/小时，这个速度有多快呢？北京到上海，两个小时就到了。磁悬浮列车为什么能跑得那么快？
想要交通工具跑得快，就要减小阻力，而阻力有两个主要来源，一个阻力来源是与空气的碰撞和摩擦。高铁都是“子弹头”列车，是因为这样能够有效地减小空气阻力。当空气迎面袭来的时候，空气与车头表面并非垂直碰撞，因此空气并非能100%阻碍列车的运动，跟一辆方形的列车比起来，“子弹头”列车经受的空气阻力就小得多。
另一个阻力源于车轮与铁轨之间的摩擦。磁悬浮列车就是在列车和铁轨上都通上电流，电流可以产生磁场，再利用磁场同性相斥的原理，把列车升高少许，使其与铁轨脱离接触，车轮与铁轨没有了接触，自然也就没有了摩擦。
但问题来了，车轮跟铁轨接触产生的摩擦力，同时也是列车前进的动力来源，不接触铁轨，车没有地方借力，就只能悬浮在空中，并且磁悬浮列车是没有车轮的，它要怎么前进呢？答案是通过操控电流，让铁轨磁场的南北极沿着铁轨交替排列;再通过控制车身上的电流，让列车上的磁场分布像一根磁铁一样，当车头的磁极跟前方铁轨的磁极相反时，车就会被前方铁轨吸引向前，当车尾磁极跟后方铁轨的磁极相同时，车就会被后方铁轨向前排斥，前面拉、后面推，车就动起来了。
但由于铁轨上的南北极是沿着铁轨交替分布的，所以当车向前运行时，车头和车尾的磁场要不断掉转方向，才能保证车前的铁轨一直是吸引的，车后的铁轨一直是排斥的，这样才能不断前进，这就是磁悬浮列车的原理。
消除了车轮与铁轨的摩擦这个主要的阻力来源，磁悬浮列车就可以开得非常快。同理，飞机能达到将近1000千米/小时的飞行速度，就是因为阻碍飞机飞行的只有空气阻力。但是磁悬浮列车的使用成本非常高，尤其是铁轨要全程通电，并且要让铁轨上的磁场交替分布，所以磁悬浮列车的造价和运营、维护成本特别高，并不适合超长距离的城际甚至省际交通。
在解决了车轮与铁轨的摩擦这样一个主要阻力来源后，列车的速度要继续提升，还要减小的就只剩空气阻力了，于是，超级高铁的概念就呼之欲出了。
我国贵州省铜仁市已经开启超级高铁的项目了，最终目标是要建成时速4000千米的超级高铁。这个速度比一般的超声速飞机快得多。超级高铁，英文叫“Hyper Loop”，这个概念最早是由美国企业家、人称现实版“钢铁侠”的埃隆·马斯克提出来的。
超级高铁的厉害之处，不光在于速度快，单纯的速度快并不难，宇宙飞船早就能达到1万千米以上的时速。超级高铁难在保证速度快的前提下，还要经济适用，因为发射宇宙飞船这种项目可以不计成本，但民用的交通工具必须让大家用得起。
速度快的交通工具，最大的成本是能耗，传统高铁的能耗主要来自克服运动遇到的阻力。超级高铁采用的是磁悬浮的方案，通过强磁场让列车悬浮在轨道上两厘米的地方，这样列车就跟地面没有了摩擦。解决了地面摩擦问题以后，还剩空气阻力。空氣阻力的影响其实非常大，因为当列车运行起来以后，空气阻力的大小跟列车运行速度是平方关系，也就是当列车的速度变成原来的两倍时，它受到的空气阻力就会是原来的四倍，所以速度越快，阻力就越大，提速也就越难。这就是为什么我国高铁列车从300千米的时速，提升到现在“复兴号”列车350千米的时速用了很长时间。别看速度提升的比例不大，空气阻力其实变大了不少，相应的能耗也会更大，技术上就需要更多的时间去研发如何让空气阻力减小的方案。
为了解决空气阻力的问题，超级高铁是在密闭管道中运行的，把管道中的空气抽走，这样超级高铁在几乎没有空气阻力的情况下运行，时速达到4000千米也就不难了。
其实超级高铁有过别的方案。因为抽真空非常费事，同时还要保证管道里面不漏气，操作起来难上加难，并且成本会很高。如果不抽真空，列车动的时候就让管子里吹一阵大风，让风速和车速保持一致，这样的话车跟空气没有相对运动，也就没有了空气阻力。但这个方案在列车调度上存在大问题，因为管道里不可能只有一辆列车，所有列车不可能同开同停。如果有开有停的话，空气会经历局部压缩，它不会跟所有列车都没有相对运动，也就无法达到最初的目的。从实际操作来讲，管子里面刮阵大风的方案听着不错，但是很不实用，因此现在超级高铁所采用的都是抽真空管道的方案。
现在全世界大概只有两三个地方在做超级高铁的项目，除了我国贵州，还有美国内华达州。也许在十年内我们就能坐上超级高铁，可能届时飞机的使用率会大大降低。
（余娟摘自《了不起的物理》，有删改）
