解释摇晃的颗粒

颗粒物质的行为——在微型雪崩中移动、筛分和滑动——可能看起来不是最引人入胜的主题，但它在现实世界中至关重要：理解这种力学有助于物理学家模拟颗粒在筒仓中的移动方式、土壤在地震中的坍塌方式以及某些材料和食品的混合方式。马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员现在提出了一种优雅的方法来描述被摇晃的颗粒，直接类比于一个世纪前的气体动力学理论。纳拉亚南·梅农和弗洛伦斯·鲁耶在10月23日出版的《物理评论快报》上描述了他们的工作。

在理想气体中，单个分子与其环境处于平衡状态；当一个分子撞击容器壁时，能量会发生交换。因此，通过动力学理论，仅根据气体的平均温度，就可以推导出所有分子速度的分布。由于被摇晃的颗粒不处于平衡状态——它们通过摇晃引起的粒子间碰撞以热量的形式吸收能量——因此动力学类型理论是否适用尚不清楚，梅农解释说。

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即便如此，他和鲁耶测量了直径为 1.6 毫米的钢珠在封闭空间内以高达每秒 1.8 米的速度垂直摇晃时的速度。高速摄像机捕捉到了 5.5 毫秒内的运动（如上图所示）。他们发现水平速度的概率整齐地落入钟形分布——与动力学理论的高斯曲线不完全相同，但也不算太离谱。当他们改变摇晃的速率和幅度、粒子的密度和容器的形状时，这种分布保持不变。但其宽度随粒子平均速度而变化——这相当于气体中的温度。目前这只是一个初步结果，但或许一种基本的颗粒理论正在形成之中。