સુપરસૉનિક ગતિ : ધ્વનિતરંગોના વેગ કરતાં વધારે વેગ ધરાવતી ગતિ. કોઈ માધ્યમમાં ગતિ કરતા પદાર્થનો વેગ જ્યારે તે માધ્યમમાં ધ્વનિતરંગોના વેગ કરતાં વધારે હોય ત્યારે તે પદાર્થ સુપરસૉનિક ગતિ ધરાવતો કહેવાય. ધ્વનિનું પ્રસરણ દબાણના તરંગો (pressure wave) પ્રમાણે થાય છે. ગતિ કરતા પદાર્થ દ્વારા જે દબાણના તરંગો ઉદભવે તેના કરતાં ગતિ કરતો પદાર્થ આગળ રહેતો હોય ત્યારે ‘આઘાત-તરંગ’ (shock wave) તરીકે ઓળખાતા એક દબાણના વિશિષ્ટ સ્પંદનું પ્રસરણ માધ્યમમાં, શંકુ આકારના વિસ્તારમાં થાય છે, જે ભૂમિ ઉપર ધ્વનિક બૂમ (sonic boom) તરીકે જાણીતા જોરદાર કડાકા જેવા અવાજના સ્વરૂપે અનુભવાય છે. હવામાં ધ્વનિતરંગોનો વેગ દબાણ P અને ઘનતા ના ગુણોત્તરના વર્ગમૂળના પ્રમાણમાં હોય છે . 
વાતાવરણમાં સામાન્ય રીતે પ્રવર્તતી પરિસ્થિતિમાં આ મૂલ્ય પ્રતિ સેકન્ડ 330 મીટર [કલાકે 1200 કિલોમિટર] જેટલું હોય છે. અન્ય માધ્યમમાં ધ્વનિતરંગોની ગતિનું મૂલ્ય આના કરતાં સારા એવા પ્રમાણમાં વધુ હોય છે તેમજ અન્ય માધ્યમમાં ગતિ કરતા પદાર્થ પર લાગતું ઘર્ષણબળ પણ અત્યધિક હોવાથી હવા સિવાય અન્ય માધ્યમમાં આવી ગતિ ધરાવવી પદાર્થ માટે અશક્ય જેવી હોય છે તેથી અહીં માધ્યમ તરીકે હવાનો ખ્યાલ રખાયો છે. હવામાં કલાકે 1,200 કિલોમિટરથી વધુ ઝડપથી જતો પદાર્થ સુપરસૉનિક વેગ ધરાવતો કહેવાય અને તેની ગતિ દરમિયાન આઘાત-તરંગ પણ સર્જાય છે.
પદાર્થના વેગને U અને ધ્વનિતરંગોના વેગને V દ્વારા દર્શાવતાં જે 
ગુણોત્તર મળે તે અંકને મૅક અંક (Mach number) M કહેવામાં આવે છે. જ્યારે પદાર્થના વેગ માટે મૅક અંકનું મૂલ્ય 1 કરતાં ઓછું હોય ત્યારે ગતિ અવધ્વાનિક (subsonic) કહેવાય અને જ્યારે આ અંકનું મૂલ્ય 1 કરતાં વધે ત્યારે ગતિ પરાધ્વનિક (supersonic) કહેવાય.
આકૃતિ 1 : (અ) ધ્વનિતરંગોના વેગથી બમણા વેગથી જતો પદાર્થ. ગતિ કરતો પદાર્થ તેની સાથે સંકળાયેલ ધ્વનિતરંગોના પૃષ્ઠથી આગળ રહે છે, આ પરિસ્થિતિમાં આઘાતવેગ પ્રકારનું શંકુ આકારના સપાટી દ્વારનું દબાણનું સ્પંદ સર્જાય છે; જે સૉનિક બૂમનું કારણ છે. 
(આ) ધ્વનિતરંગોના વેગથી અર્ધો વેગ ધરાવતા પદાર્થ સાથે સંકળાયેલ ધ્વનિતરંગો. આવી પરિસ્થિતિમાં પદાર્થ હંમેશાં તરંગપૃષ્ઠની અંદર વિસ્તારમાં જ હોય છે.
ગતિ કરતા પદાર્થ સંદર્ભે પ્રસરતા ધ્વનિતરંગોનું સ્વરૂપ આકૃતિ 1(અ) અને 1(આ) દ્વારા સમજાવ્યું છે; જે પરથી પરાધ્વનિક વેગ (M > 1) માટે આઘાત-તરંગ કેમ સર્જાય છે તે સ્પષ્ટ થશે. અવધ્વાનિક વેગ(M < 1)થી ગતિ કરતા પદાર્થ દ્વારા માધ્યમમાં ઉદભવતો વિક્ષોભ, જે ધ્વનિતરંગો સ્વરૂપે પ્રસરતો હોય તે હંમેશાં પદાર્થ કરતાં આગળ રહે એટલે કે વિક્ષોભિત માધ્યમમાં પદાર્થ ગતિ કરે. આથી વિરુદ્ધ, પરાધ્વનિક ગતિ (M > 1) માટે વિક્ષોભિત માધ્યમના તરંગો હંમેશાં પદાર્થ કરતાં પાછળ રહી જાય અને પદાર્થને અક્ષુબ્ધ (stationary) માધ્યમમાં ગતિ કરવી પડે. આમ પદાર્થની ગતિને કારણે માધ્યમના સ્થિર અણુ પર જે ધક્કો લાગે, તેને કારણે આઘાત-તરંગ ઉદભવે છે. આ આઘાત-તરંગનું સ્વરૂપ દબાણના સ્પંદ (pressure pulse) પ્રકારનું હોય છે. આકૃતિ 1(આ) પરથી જણાશે કે આ સ્પંદ એક શંકુ આકારના વિસ્તારની સપાટી પર હોય છે. આ મૅક શંકુ (mack cone) નામે ઓળખાય છે. શંકુનો અર્ધકોણ θ જેનું મૂલ્ય 
જેટલું થાય, તે મૅક કોણ કહેવાય છે. અવધ્વાનિક ગતિ માટે V > U થવાથી કાલ્પનિક (imaginary) બની જાય અને મૅક શંકુ ન સર્જાય. V < U માટે સર્જાતા મૅક શંકુનો અર્ધકોણ (mack angle), જેમ જેમ Uનું મૂલ્ય વધે તેમ તેમ સાંકડો થતો જાય. મૅક શંકુનો સ્પર્શક તે આઘાત-તરંગનું પૃષ્ઠ અને પરાધ્વનિક ગતિથી જતા પદાર્થની પાછળના વિસ્તારમાં જ્યાં જ્યાં આ પૃષ્ઠની સપાટી પહોંચે ત્યાં તે સમયે સૉનિક બૂમનો કડાકો સંભળાય. આ પરથી સ્પષ્ટ થશે કે સૉનિક બૂમ કંઈ કોઈ વિમાન સબસૉનિક ગતિથી પ્રવેગિત થઈને પરાધ્વનિક ગતિ પકડે તે સમયે સર્જાતી ઘટના નથી, પરંતુ પરાધ્વનિક ગતિથી જતું વિમાન તેની પાછળના વિસ્તારમાં જે આઘાત-તરંગ સર્જતું જાય તે સાથે સંકળાયેલ છે. અલબત્ત, જ્યારે વિમાન અવધ્વાનિક ગતિથી પ્રવેગિત થઈને પરાધ્વનિક થાય ત્યારે પ્રવેગને કારણે આ આઘાત-તરંગ વધુ પ્રબળ હોય. સામાન્ય રીતે એવો ખ્યાલ હોય છે કે સૉનિક બૂમ, જ્યારે ઉડ્ડયન કરતું કોઈ વિમાન ધ્વનિતરંગોના વેગની સીમા વટાવે (આ ઘટનાને ‘breaking the sound-barrier’ કહેવાય છે.) ત્યારે જ સર્જાતી ઘટના છે; પરંતુ વાસ્તવમાં જ્યાં સુધી પદાર્થ ધ્વનિવેગ કરતાં વધુ વેગથી ગતિ કરતો હોય ત્યારે સતત તેની આગળ તે સૉનિક બૂમની અસર ઉપજાવતો આઘાત-તરંગ સર્જતો જાય છે.
‘Breaking the Sound-barrier’ શબ્દપ્રયોગ ખાસ કારણસર ઉદભવ્યો છે. હવાઈ ઉડ્ડયનોના શરૂઆતના તબક્કામાં (એટલે કે 1945ના વર્ષ પહેલાં) એક એવી માન્યતા પ્રવર્તતી હતી કે કોઈ પણ વિમાન ધ્વનિવેગથી વધારે ઝડપે ઊડી શકે જ નહિ. આ માન્યતા પાછળ એક કારણ હતું. જ્યારે કોઈ પદાર્થ સામાન્ય ગતિથી હવામાં જતો હોય ત્યારે ગતિ વિરુદ્ધની દિશામાં તેના પર જે ઘર્ષણ લાગે (વેગના પ્રમાણમાં) તે દર્શાવતો અંક અનુકર્ષણ ગુણાંક (drag coefficient) કહેવાય છે અને સામાન્ય વેગ માટે આ અંકનું મૂલ્ય અચલ રહે છે; પરંતુ જ્યારે પદાર્થનો વેગ ધ્વનિવેગ નજીક પહોંચે છે ત્યારે આ અંક Cનું મૂલ્ય ઝડપથી વધતું જણાય છે. આ વધારો દર્શાવતું સૂત્ર Prandtl Glavert-ના નિયમ તરીકે ઓળખાય છે, જે અનુસાર
થાય.
આ સૂત્રમાં CU એ U વેગથી જતા પદાર્થ માટેનો અનુકર્ષણ-અંક છે, જ્યારે Co એ ઓછા વેગથી જતા પદાર્થ માટેનો અચલ જણાતો અનુકર્ષણ-અંક છે અને M એ પદાર્થના વેગ U અને ધ્વનિતરંગોના વેગ Vનો ગુણોત્તર (મૅક અંક) છે. સૂત્ર પરથી જણાશે કે જ્યારે પદાર્થનો વેગ ધ્વનિતરંગોના વેગ જેટલો થાય ત્યારે M = 1 થવાથી CU અમર્યાદિત રીતે વધી જાય. આમ આવી ગતિ પ્રાપ્ત કરે ત્યારે પદાર્થ કોઈ દીવાલ સાથે ટકરાતો હોય તેમ જણાય. આવી માન્યતાને કારણે ધ્વનિસીમા(sound-barrier)નો ખ્યાલ ઉદભવ્યો. આ માન્યતાને પોષતી એક ઘટના પણ બની.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન Frankwhittle નામના બ્રિટિશ એન્જિનિયરે જેટ એન્જિનની શોધ કરી અને દ હૅવિલૅન્ડ (de Havilland) નામના એન્જિનિયરે આ પ્રકારનું એન્જિન વાપરતું વિમાન બનાવ્યું, જેને Vampire નામ અપાયું. આ વિમાનના પ્રાયોગિક ઉડ્ડયનો દરમિયાન (1946) દ હૅવિલૅન્ડના પુત્ર જ્યૉફ્રે(Geoffrey)એ જ્યારે એને ધ્વનિ-વેગ જેવા વેગ સુધી પ્રવેગિત કર્યું ત્યારે જાણે કે તે કોઈ દીવાલ સાથે અથડાયું હોય તેમ નાશ પામ્યું ! આ ઘટનાને કારણે ધ્વનિ-વેગસીમા(sound-barrier)ના ખ્યાલને પુષ્ટિ મળી. જોકે તે સમય દરમિયાન થયેલ સંશોધનોએ દર્શાવ્યું કે ઉપર દર્શાવેલ Prandtl Glavert સૂત્ર M = 1 જેવા વેગ માટે લાગુ પડતું નથી અને અનુકર્ષણ-અંકનો વાસ્તવિક વધારો આકૃતિ 2માં દર્શાવેલ આલેખ અનુસારનો છે. અનુકર્ષણ-અંક M = 1 નજીક એક મહત્તમ મૂલ્ય પર પહોંચીને પછી થોડો ઘટે છે અને 1947ના ઑક્ટોબર માસમાં કૅપ્ટન ચાર્લ્સ યિગરે (Charls Yeager) સફળતાપૂર્વક ધ્વનિવેગ કરતાં વધુ વેગથી ઉડ્ડયન કર્યું. આ સફળતા પાછળ ઍરોફૉઇલ (‘Aerofoil’) તરીકે ઓળખાતા આકાર (વિમાનની પાંખ આ પ્રકારની હોય છે.) પર ઝડપી ઉડ્ડયન દરમિયાન લાગતાં બળોનો વિન્ડ ટનલ (wind tunnel) નામના સાધન દ્વારા કરાયેલ અભ્યાસ મહત્વનો હતો.
આકૃતિ 2 : પદાર્થના વેગ સાથે અવરોધ-અંક(drag coefficient)માં જણાતો વધારો
પરાધ્વનિક વિન્ડ ટનલમાં ઍરોફૉઇલ આકારમાં રચાયેલ પદાર્થને સ્થિર રાખીને, ટનલમાં અત્યંત વેગવાન વાયુપ્રવાહ સર્જવામાં આવે છે અને આ પ્રવાહને કારણે ઍરોફૉઇલ પર વિવિધ જગ્યાએ લાગતાં બળોનો અભ્યાસ કરાય છે. (આ પ્રકારનું અત્યાધુનિક ઉપકરણ બગલોરના નૅશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ઍરોનૉટિક્સ ખાતે પણ છે.) ઍરોફૉઇલનો આકાર ઉપરથી સહેજ વધુ વક્રતા ધરાવતો અને નીચે ઓછી વક્રતા ધરાવતો હોય છે (આકૃતિ 3). આને કારણે સામેથી આવતો વાયુપ્રવાહ ઍરોફૉઇલની ઉપર વધુ વેગવાન બને છે અને નીચે ઓછો વેગવાન બને છે. હવે બર્નુલી(Bernoulli)ના સૂત્ર અનુસાર વધુ વેગ ધરાવતા વાયુપ્રવાહમાં દબાણ ઘટે અને ઓછો વેગ ધરાવતા વાયુપ્રવાહમાં વાયુદબાણ વધુ હોય (સૂત્ર 
એ પ્રકારનું છે). આમ વિમાનની પાંખ નીચે દબાણ વધતાં વિમાન ઊંચકાય છે. અગાઉ જે અનુકર્ષણ-અંકની વાત કરી તેનો ઝડપી ઉડ્ડયનમાં થતો વધારો નિયંત્રિત કરવા માટે આ ઍરોફૉઇલ(અર્થાત્ વિમાનની પાંખ)ને યોગ્ય આકાર આપવાનું જરૂરી બને છે. ઍરોફૉઇલનો આકાર આકૃતિ 3માં બતાવ્યો છે અને સુપરસૉનિક ઉડ્ડયનમાં વપરાતા વિમાન માટે તેની જાડાઈનું પ્રમાણ ઘટાડવામાં આવે છે. વિમાનની ગતિ જ્યારે ધ્વનિ-વેગ નજીક પહોંચે ત્યારે પણ પાંખની ઉપરના વિસ્તારમાં તો હવાનો વેગ ધ્વનિ-વેગ કરતાં વધી ગયો હોય છે અને આને કારણે થતો અનુકર્ષણ-અંકનો વધારો પાંખ પર અસંતુલિત બળો સર્જે છે જેનું નિયંત્રણ જરૂરી છે. ઉડ્ડયનના આ તબક્કાને ટ્રાન્સસૉનિક (transsonic) કહેવાય છે.
આકૃતિ 3 : wind tunnel-માં ઍરોફૉઇલમાં ફરતો વાયુપ્રવાહ
સુપરસૉનિક ઉડ્ડયન દરમિયાન સર્જાતી સૉનિક બૂમના ધડાકા જેવા અવાજની ઘટના અવારનવાર સર્જાતી રહે તે રહેણાકના શહેરી વિસ્તારોમાં ઘણી અનિચ્છનીય ગણાય. આ ઉપરાંત આ હવાના દબાણનો ધક્કો (shock wave) મકાનોને ધ્રુજાવે છે અને કાચની બારીઓને તોડી પણ શકે છે. આવા કારણોસર લશ્કરી વિમાનો, જે અવારનવાર આવી ગતિથી ઉડ્ડયન કરતાં હોય તેમનો કવાયત-માર્ગ આવી અસુવિધાજનક અસરને ખ્યાલમાં રાખીને નક્કી કરાય છે. બ્રિટન અને ફ્રાંસે સહયોગથી કૉંકૉર્ડ (concord) નામનાં પ્રવાસી વિમાનોનું સર્જન કર્યું અને આ વિમાનો નિયમિત રીતે યુરોપ-અમેરિકા વચ્ચે આટલાન્ટિક મહાસાગર પર મૅક-2 જેવા પરાધ્વનિક વેગથી ઊડતાં હતાં (ભૂમિ ઉપર વેગ સબસૉનિક રાખવામાં આવતો); પરંતુ અગાઉ સુપરસૉનિક ગતિ નજીક અનુકર્ષણ-અંકમાં થતા મોટા વધારાની વાત કરી તે કારણે પરાધ્વનિક ઉડ્ડયનોમાં ઈંધણ ઘણું વપરાય છે અને આ કારણે આવા ઉડ્ડયનો આર્થિક રીતે પોષણક્ષમ નહિ નીવડવાથી તે હવે બંધ છે. લશ્કરી વિમાનો તો કવાયત દરમિયાન મૅક-3 (ધ્વનિ-વેગથી ત્રણ ગણો) વેગ પકડતાં હોય છે અને પ્રાયોગિક રીતે X-15 નામના Mack-7 વેગ પકડતા વિમાન(જેને Hyper-sonic કહેવાય)નું પણ નિર્માણ થયું છે. સમાનવ અવકાશયાનો (Apollo return capsule, સ્પેસ શટલ જેવા) તો પૃથ્વીના વાતાવરણમાં આનાથી પણ વધુ વેગથી પ્રવેશે છે. આમ પરાધ્વનિક ગતિએ પ્રવાસ હવે માનવી માટે નવો નથી રહ્યો !
છેલ્લે થોડી વાત સૉનિક બૂમ પ્રકારની પ્રકાશી ઘટનાની પણ પ્રસ્તુત છે. કોઈ પણ દળ ધરાવતા (અલ્પમાત્રામાં પણ) પદાર્થ માટે અવકાશમાં પ્રકાશના વેગ જેટલો વેગ પ્રાપ્ત કરવો સાપેક્ષવાદના સિદ્ધાંત અનુસાર અશક્ય છે; પરંતુ અન્ય માધ્યમોમાં પ્રકાશનો વેગ આ સીમાથી માધ્યમના વક્રીભવનાંકના પ્રમાણમાં નીચો હોય અને ઇલેક્ટ્રૉન જેવા કણો આવા માધ્યમમાં પ્રકાશ કરતાં વધુ ઝડપી હોઈ શકે. આમ અત્યંત ઊર્જાવાન બ્રહ્માંડ કિરણોના ઇલેક્ટ્રૉન વાતાવરણમાં પ્રકાશના વેગ કરતાં વધુ વેગ ધરાવતાં હોઈ શકે. અત્યંત ઊર્જાવાન કણ જ્યારે વાતાવરણમાં પ્રવેશે ત્યારે નાભિકીય પ્રક્રિયાઓ દ્વારા આવી ગતિ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉનના Shower સર્જાતા હોય છે. આવા ઇલેક્ટ્રૉન પણ એક પ્રકાશી Shock wave સર્જે છે – સૉનિક બૂમ જેવું પરંતુ પ્રકાશનું સ્પંદ. આ પ્રકાશને સિરેન્કોવ (Cerenkov) પ્રકાશ કહેવાય છે. (Cerenkov નામના રશિયન વૈજ્ઞાનિકે આ શોધ કરી છે.) આ સિરેન્કોવ રેડિયેશનનો, કણપ્રવેગકો (particle accelerators) તેમજ બ્રહ્માંડ કિરણોમાંના અત્યંત વેગમાન કણોના અભ્યાસમાં ઘણો બહોળો ઉપયોગ છે.
જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ