为什么沙子静止是沙丘，又可以流动做沙漏？沙粒和原子分子运动形态一样吗？早在十余年前，美国《科学》杂志就将“颗粒物质的非平衡态动力学理论”列为亟待解决的125个重大科学问题之一。糖果、沙子、谷堆身边常见，但令人惊讶的是，这些颗粒物质背后的科学原理始终无人“揭秘”。中国科学家近日在这一领域取得重大进展，上海交通大学物理与天文学院王宇杰教授团队的研究成果“颗粒材料流变行为类同于复杂流体”近日在国际著名学术期刊《自然（nature）》在线发表。有意思的是，这项物理研究也是医工结合擦出的火花。
组成颗粒物质的单个粒子与组成气液固态的原子分子很相似，因此以往研究认为可以用固体、液体力学的理论来研究颗粒物质。但实际上，颗粒物质液固态性质都与牛顿流体、弹性固体等连续介质体系有着显著的区别。这一领域的研究过去进展缓慢，主要是由于实验技术的限制，难以观察并非透明的颗粒物质内部形态。王宇杰团队将部分实验搬进了瑞金医院，团队成员、论文第一作者寇斌权博士与医生一起为实验装置做ct，从微观粒径尺度得到颗粒物质位移与旋转随时间的变化规律。研究者经过海量数据的处理和研究发现，颗粒体系具有和普通液体完全不同的微观动力学，认为传统意义上理解的颗粒“固体”是一种正好处在液固相边界的临界固体。
同时，研究者还发现，颗粒物质表面不是绝对光滑的，除了颗粒粒径尺度外，表面尺度同样对运动状态产生影响。这种多尺度现象也导致传统意义理解的颗粒“固体”正好处在液固相边界的临界态，才产生了“静如沙丘，动如流水”的状态。
这项研究不仅有基础研究意义，王宇杰教授认为，未来在对包括地震、泥石流等自然灾害的预防和控制，工业和农产品输运，甚至“一带一路”建设中遇到的海床、地基巩固、沙漠治理等领域有更深刻和精准的理解，将产生极大的潜在影响。（记者 易蓉）