2012年10月14日，菲利克斯?鲍姆加特纳干了一件了不起的事情。他乘坐氢气球到达128000ft的高空，然后纵身一跳，4分多钟后他打开降落伞，最后降落在新墨西哥州罗斯维尔附近的开阔地带。这就是红牛公司赞助的极限跳。这次极限跳和1962年乔?凯腾格的102000ft的极限跳很相似，都是很了不起的。
关于极限跳有不少问题要回答，咱们这就开始吧。
大多数媒体会问的第一个问题就是：我们从这样一次极限跳中能学到什么科学知识？我可不认为问这样的问题很高明。这足以表明人们对科学的本质还是存在误解的。我认为，已故的大物理学家理查德?费曼对此有一个很好的回答（尽管他说的是物理，不是极限跳）：
“物理就像爱情，确实会有一些实际的结果，但不是我们研究物理的全部理由”。
红牛极限跳也是一样的。我们能从一次极限跳中学到什么吗？当然会，我们从这类活动中总是会学有所得，但是学习新知只是这种活动的副产品，也就是说我们不是为了科学研究才去极限跳的，而是因为我们是活生生的人，人就是会去做那些稀奇古怪乱七八糟的事儿，比如我们画画、我们搞音乐、我们从气球上往下跳等等。作为人我们不需要理由，但是说不定无事可干时，我们不妨也可以为做人找点理由。
现在回到物理问题上来。菲利克斯是从外太空起跳的吗？我估计问题的答案取决于我们如何定义“外太空”，大概“外太空”最通用的定义是“没有空气的区域”。可是地球的大气层不是在某个区域就突然消失了的，从太空到大气层的过渡更像是山坡而不是台阶。
大家可能需要一些数据来帮助理解。大多数人都认为国际空间站是在外太空的，空间站在距离地球300km的轨道上环绕地球运行。我们可以这么认为，从300km到距地球100km的区域都应该算是太空，这么说来，极限跳的120000ft就太近了些，别误会我，这个距离还是很高很高的。
处在这样高度位置的大气的密度有多大？在地球表面，空气的密度约为1.2kg/m3，而在120000ft上空，大气的密度则是7.3×10-4kg/m3。因为人人都喜欢看图表，这里我就用一张图来表示海拔高度与空气密度之间的函数关系。
如果你还是要把极限跳的高度定义为“太空”，也不算太离谱，因为那么高往下跳，肯定需要穿太空服的，所以就算是太空吧。
那么真的乘气球能到达那样的高度吗？最先想到的当然是乘火箭，但是为什么不乘飞机呢？嗯，大多数飞机的运行是需要空气的。通过之前的问题，我们已经知道，那样的高度空气是不多的，所以除了火箭就是选择气球了。但是，等一下，不是说过那样的高度空气不多吗，气球不是也需要空气吗？呃，如果气球足够大，还是能行的。
在某一个高度的气球，一般有两种力作用在气球上：一个是重力，一个是浮力。浮力怎么来的？空气与气球的底部摩擦得要比空气与气球顶部摩擦得多，这就产生了浮力。气球越大，摩擦越大，浮力也就越大。但是，有个问题。倘若气球里装的是一般的空气，作用于气球的重力就会随着气球大小的增大而增加。所以，关键是要让气球里充满比空气密度小的气体，这种情况下，当然首选氢气咯。
从上文我们可以得知，120000ft高空的空气密度是很低的，空气密度低，空气和气球之间的摩擦就不是很大，所以我们就需要一个很大很大的气球（当然重量也比较大）。这个气球直径大约80m，能够装载一个极限跳运动员和一个运动员赖以维生的太空舱，一直升到120000ft的高空。
在那个高度，空气是很稀薄的，那么重力情况呢？重力主要取决于物体（特别是天体）之间的距离。如果我们把一个行星的中心和一艘宇宙飞船之间的距离加倍，那么重力就只有原来的四分之一。关键是怎么理解行星的中心。所以如果我离地表10ft高，假设把这个高度加倍到20ft，那么我离地球的中心有多远了呢？答案是根本没有移动。原因呢？因为地球太大太大了，它的半径大约6.38×106m（2.09×107ft）。
在地球表面，重力是没有什么变化的。那么如果是离地表120000ft的高空呢？在地球表面，1kg重量的物体受大约9.8N的重力作用；在120000ft的高空，重力就是9.68N，是地表上重力的98.8%。那么答案就是地表和120000ft高空的重力相差不大。
红牛极限跳，让人感觉最酷的就是人有可能以超音速的速度下落。嗯，音速是多少来着？如果大家还记得初级物理里学的，音速一般被表述成340m/s，这是常温常压下的音速值（近地球表面）。音速和光速不一样，它不是常量。声音是空气分子之间相互作用产生的，所以就要取决于空气分子的情况，其实并不简单。但是有个模型，它认为音速和周围温度成一定比例，这只是一个模型，不过很管用。
你升得越高，气温（在一定范围内）越低。对于空气密度，我们也采用刚才那个模型，如果能测得温度，那么就能算出音速。120000ft的高空中，音速只有200m/s。
菲利克斯下落的速度真的比音速还快吗？大家一直在等答案的就是这个问题。回答是肯定的（或者说，肯定的可能性非常大）。为了搞搞清楚，我们一起看看菲利克斯离开气球后的那一瞬间，有哪些力作用在他身上。因为那一刻他还没有真的发生位移，而且那样的高空空气也很稀薄，作用在他身上的只有重力。重力的方向向下，所以他开始越来越快地向下落。
一旦他开始下落，就有了空气阻力。如果你把手伸出正在行驶的汽车的车窗外，你就能感觉到什么是空气阻力。你速度越快，阻力也越大。但是，空气阻力也取决于空气密度。所以，下落的开始阶段，向下的重力比向上的空气阻力大得多，这就意味着合力方向向下，因为他的运动方向是向下的，所以向下的合力增加了他下落的速度。然而，空气阻力还是使得合力小了一些，所以他下落速度的增幅也并不是那么大。
菲利克斯不可能一直加速下落的。最后，他的速度已经非常快了，随着他的下落，空气密度也开始增加。在某一个点上，空气阻力会比重力大。一旦空气阻力大于重力，合力方向就是向上的，但他还是向下运动的。但是合力方向与物体运动方向相反时，物体的运动就减慢了。
菲利克斯的减速下落，一直持续到空气阻力和重力变得相当。这时合力为零，菲利克斯既不加速也不减速，他就匀速下落，这叫做终速，即自由沉降速度。
我知道我还是没有回答问题。和音速的关系呢？说实话，确定确切的速度不是那么简单的事情。最好把整个过程化解成许多许多小的步骤，然后让电脑来计算。
我制作了一张菲利克斯的速度和时间的函数图表，其中有一条曲线便是他所在高度的音速情况。
等一下，不是说极限跳伞运动员（即延缓张伞跳伞运动员）的下落速度是每小时120英里吗？是的，极限跳伞运动员的极限速度是大约每小时120英里，不过，我们的菲利克斯和一般的极限跳伞运动员还不大一样。他下落的整个过程，大气密度和空气阻力是在变化的。在他下落的最初阶段，他呆在同一空气密度的时间不够长，不足以使得他的下落速度降到极限速度。当然，后来他还是达到极限速度了。最重要的是，通过图表和计算，我们发现菲利克斯很快就超过了声音的速度。菲利克斯成为超音速极限跳伞运动员了。
实际上，我们并不需要依赖模型和估算，红牛极限跳是实实在在发生了的，专业团队精确地测量了下落中的菲利克斯的速度。最终，菲利克斯达到了1.25马赫的最高速度，比音速快了1/4呢。
太精彩了，菲利克斯，太精彩了！
