本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
周末，珍-露克·皮康特发现自己正在思考希罗多德的著作，特别是关于冈比西斯失踪军队的故事。大约在公元前 524 年，阿蒙神庙的祭司们觉得他们不太喜欢他们的新统治者，伟大的居鲁士之子冈比西斯二世。冈比西斯认为他也不太喜欢他们的不服从。于是他派遣了 50,000 名士兵——从底比斯穿越撒哈拉沙漠，去惩罚那些叛逆的祭司。
但他们从未到达目的地（位于绿洲锡瓦，那里是叛变的寺庙所在地）。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：“一股来自南方的风升起，猛烈而致命，带来了巨大的旋风沙柱，完全覆盖了军队，导致他们完全消失。”
根据主要的埃及古物学家们的说法，这很可能是一个神话。但它启发了乔叟的《坎特伯雷故事集》序言中对冈比西斯的警示性提及，当时赦免贩子正在提倡饮酒适度（他似乎认为冈比西斯是在醉酒的愤怒中派遣了他的军队）。它还激发了过去 100 多年来各种考古探险，试图找到可能仍然存在的这位埃及统治者失踪军队的任何证据。
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至少一项在 1977 年提出的声称被证明是恶作剧。最近，在 2009 年，两位意大利考古学家声称发现了失踪军队的遗迹，形式包括青铜武器、银手镯、耳环和数百块人骨。但这一说法似乎也值得怀疑：姑且不说他们没有得到埃及最高文物委员会对其 13 年探寻的祝福，而且他们展示证据的方式不是在学术期刊上，而是在罗韦雷托考古电影节上放映的一部纪录片中。
珍-露克并没有把希罗多德作为她周末阅读的常规内容，但《物理评论快报》上发表的一篇新论文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，这让她想起了这支注定要失败的沙漠军队。结果表明，这些碰撞可能在决定沙尘暴的强度（称为通量）方面发挥关键作用——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，沙尘暴提供了丰富的迷人物理学，特别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、干旱的条件下尤其松散，因此，例如，当强风吹过撒哈拉沙漠的沙丘时，它们首先开始振动，然后弹出到空中，在坠落后撞击地面，并经常破碎成飞溅的更小尘埃颗粒（称为“跳跃者”）——所有这些都是称为“跃移”过程的一部分。
如果风力足够强，这些细小的沙粒最终会悬浮在空中的尘云中。这些颗粒有两种类型，匍匐者和跳跃者，而跳跃者是构成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来研究这些半空中碰撞也是一个相当大的挑战，因为它需要如此强大的计算能力。但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。
赫尔曼和朋友们在有和没有这些半空中碰撞的情况下进行了模拟，并比较了结果。他们发现，在考虑到这些半空中碰撞的运行中，通量强度是原来的三倍。此外，当颗粒损失约 30% 的动能时，通量达到峰值。
赫尔曼向《物理聚焦》承认，这个结论“违反直觉——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。他和他的同事们认为，可能是“跳跃者”（匍匐者）是罪魁祸首——那些通常不会像跳跃者那样飘浮在空中的颗粒，或者物理学家过去常常这样认为。另一种方法是，当两个匍匐者碰撞时，一个会稍微向上弹射到空中，与另一个颗粒碰撞，从而获得额外的提升。如果它达到足够的高度，它就会变成跳跃者，这意味着当它猛烈撞击沙丘时，它会产生更多的跳跃者。
这与沙丘动力学的通常状态不同，但在沙尘暴中颗粒的密度非常高，因此这种碰撞要常见得多。这意味着其他忽略此类碰撞的沙尘暴动力学模型将需要进行相应的修改。诚然，我们谈论的是计算机模拟，而此类模型很难通过实验验证。
赫尔曼等人的研究可能无法解释冈比西斯失踪军队发生了什么。但对于那些问“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，撒哈拉沙漠沙尘暴的频率增加了十倍，这可能是由于不良的农业 practices（例如忽视休耕系统）造成的，对气候产生了相应的影响。记住，从总体上讲，那些单独的颗粒加起来可以显着影响土壤的分布，例如，彻底地改变海滩的形状。
这就是颗粒介质如此迷人的原因。你只需要看看 1999 年的电影《木乃伊》中的高级祭司伊姆霍特普，就能看到微小的沙粒在集体作用时所拥有的力量
参考文献:
Almeida, M.P.; Andrade Jr., J.S; 和 Hermann, H. (2006) "风力输运层", 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.
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) "风力输运和沙丘形成", 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, 第二卷.