本文最初发表于《大众科学》的前博客平台，内容仅反映作者观点，不代表《大众科学》官方立场。
在周末，詹-吕克·皮康特发现自己在思考希罗多德的作品，特别是关于冈比西斯失踪军队的故事。大约在公元前 524 年，阿蒙神庙的神父们决定他们不太喜欢他们的新统治者，居鲁士大帝的儿子冈比西斯二世。冈比西斯决定他也不太喜欢他们的不服从。他拥有士兵——50,000 人，从底比斯穿过撒哈拉沙漠行军，以惩罚那些叛逆的神父。
但是他们从未到达目的地（西瓦绿洲，叛变神庙所在地）。在他们行军的第七天，一场巨大的沙尘暴爆发，掩埋了冈比西斯的整支军队，从此杳无音信。根据希罗多德的说法：“一股来自南方的风暴兴起，强烈而致命，带来了巨大的沙尘旋涡，彻底覆盖了军队，使他们完全消失。”
根据主要的埃及古物学家说法，这很可能是神话。但这启发了乔叟的《坎特伯雷故事集》序言中对冈比西斯的警示性提及，当时赦罪僧正在倡导适度饮酒（他似乎认为冈比西斯在醉酒的愤怒中派遣了他的军队）。这也激发了过去 100 多年来的各种考古探险，试图找到可能留存下来的埃及统治者失踪军队的任何证据。
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至少在 1977 年，一项这样的声称被证明是骗局。最近，2009 年，两位意大利考古学家声称发现了失踪军队的遗骸，形式为青铜武器、银手镯、耳环和数百根人骨。但这一说法似乎也值得怀疑：让我们只说他们在 13 年的探险中没有得到埃及最高文物委员会的祝福，并且他们不是在学术期刊上，而是在罗韦雷托考古电影节放映的纪录片中展示了他们的证据。
詹-吕克周末阅读时不会经常阅读希罗多德的作品，但是一篇新的论文发表在《物理评论快报》上，描述了沙尘暴期间沙粒之间半空中碰撞的计算机模拟结果，这让她想起了那支注定要失败的沙漠军队。事实证明，这些碰撞可能在决定沙尘暴的强度（称为通量）方面起着关键作用——碰撞越多，强度越大。
物理学家喜欢研究像沙子这样的颗粒介质，而沙尘暴提供了丰富的引人入胜的物理学研究，尤其是在这些气象现象如何在相当短的时间内将大量沙子从一个地方输送到另一个地方方面。颗粒在干燥、干旱的条件下特别松散，因此当强风吹过撒哈拉沙漠的沙丘时，例如，它们首先开始振动，然后弹到空中，在坠落后撞击地面，并经常破碎成飞溅的更小的尘埃颗粒（称为“跃迁者”）——所有这些都是称为“跃移”过程的一部分。
如果风足够强，这些细小的沙粒最终会悬浮在空中的尘埃云中。这些类型的颗粒有两种，即匍匐沙粒和跳跃沙粒，而跳跃沙粒构成了沙尘暴期间人们看到的大部分颗粒。
即使是通过计算机模拟，研究这些半空中碰撞也一直是一个相当大的挑战，因为它需要如此多的计算能力。但是苏黎世建筑材料研究所的汉斯·赫尔曼和他的同事们设计了一个巧妙的 3D 模拟代码，该代码简化了问题，使其更易于管理。
赫尔曼和朋友们运行了有和没有这些半空中碰撞的模拟，并比较了结果。他们发现，在考虑这些半空中碰撞的运行中，通量强度是原来的三倍。此外，通量在颗粒损失约 30% 动能的条件下达到峰值。
赫尔曼向《物理焦点》承认，结论是“违反直觉的——人们会天真地认为颗粒之间的碰撞会缩短[它们的]轨迹”，而不是延长它们。他和他的同事认为，可能是“跃迁者”（匍匐沙粒）是罪魁祸首——那些通常不会像跳跃沙粒那样飘浮在空中的颗粒，或者物理学家过去认为是这样的。另一种方法是，当两个匍匐沙粒碰撞时，其中一个会稍微高一点地射入空中，与另一个颗粒碰撞，从而获得额外的推动力。如果它达到足够的高度，它就会变成跳跃沙粒，这意味着当它猛烈撞击沙丘时，它会产生更多的跳跃沙粒。
当涉及到沙丘动力学时，这并不是通常的情况，但是沙尘暴中颗粒的密度非常高，这种碰撞更为常见。这意味着其他忽略了这种碰撞的沙尘暴动力学模型将需要进行相应的修订。当然，我们谈论的是计算机模拟，而这种模型很难通过实验进行验证。
赫尔曼等人的研究可能无法解释冈比西斯失踪军队的遭遇。但是对于那些问“那又怎样？”的人来说，快速浏览一下维基百科就会发现，自 20 世纪 50 年代以来，撒哈拉沙漠的沙尘暴频率增加了十倍，这可能是由于不良的农业实践（例如忽视休耕制度）造成的，并对气候产生了伴随的影响。请记住，从整体上看，这些单个颗粒会累积起来，并可能显着影响土壤的分布，例如，彻底改变海滩的形状。
这就是为什么颗粒介质如此引人入胜的原因。您只需要看看 1999 年电影《木乃伊》中的高级祭司伊姆霍特普，就能看到当微小的沙粒集体作用时所能拥有的力量。
参考文献:
Almeida, M.P.; Andrade Jr., J.S; 和 Hermann, H. (2006) “风力输送层”，物理评论快报 96: 018001。
Bagnold, R.A. 吹沙和沙漠沙丘的物理学。纽约：Methuen，1941 年。
Carneiro, M.V. 等人。(2013) “半空中碰撞增强跃移”，物理评论快报 6: 86。
Hermann, H.R. (2006) “风力输送和沙丘形成”，地球科学中临界和灾难性现象建模 705: 363-386
希罗多德。希罗多德历史，第一卷，第二册。