一个看起来极为简单但比量子粒子还要难解的物理学问题

沙的粒子，简称沙子、沙粒、沙或作砂，为一种粒子状态的物质。自然界中存在有很多很多的沙子，单是沙漠就约占地球陆地整体面积的21%。

沙子的平均尺度为0.0625至2毫米；小于这一尺度分类为泥，其颗粒大小由0.004至0.0625毫米；大于这一尺度的分类为砾，其颗粒大小为2至64毫米。以人的触感论，用手指搓揉沙子时会有沙沙的感觉，泥则会有粉末的感觉。

沙粒问题看起来极为简单，即使是小儿童都可以做这样的沙粒实验。设想在沙滩，一粒一粒地堆放沙子，当一粒一粒地堆放沙子时，沙堆在不断增高。随着沙粒的添加，每粒沙子与其它的沙粒的相互作用变得越来越复杂。

当沙堆堆到一定高度时，有那么一粒小小的沙粒，却引起了沙堆的坍塌。一个看来微不足道的沙粒，却引起了整个沙堆的坍塌。就是这么一个简单的沙堆实验，即使是目前世界上最为强大的电脑，这些强大的电脑可以准确地预测量子的粒子行为，可是却不能准确地预测出小小的沙粒最后可能引起沙堆坍塌的现象。

有人可能会说，沙滩上的沙子行为还可能受到不同湿度、风向、气候的影响，确实是。现在再在实验室环境里做这个更为简单的实验。

在钟表发明前，人类常常用一个沙漏斗来计时，即使在现在还有人在用。可以做这样一个简单的计时沙漏斗实验，用沙粒填充这个计时沙漏斗，现在预测沙子流过这个沙漏斗需要多长时间。已知沙的粒子的大小和形状范围，有物理公式可以预测吗？没有。

沙子是如何工作与流动的？从预测山面的滑坡、农业的谷粒加工、到外星体球面的沙粒，了解沙粒的性质至关重要，可是科学家对此还无能为力，了解诸如沙粒之类的粒状材料的流动是物理学中尚未解决的主要问题。

有人可能会感到奇怪，沙粒问题怎么可能会是物理学中尚未解决的主要问题？说起来可能很荒谬，沙的粒子问题竟然比量子的粒子问题还要复杂，但这是真的。

沙子之所以具有挑战性，部分原因是其颗粒具有许多不同的特性，例如不同的尺寸、形状、粗糙度、软硬度、强度、刚度、密度、以及其它，没有一个通用的物理理论的一个原因是，所有这些特性对沙粒的特性与行为都很重要。

物理学家们一直未能找到关于沙子的一般理论，并不是因为缺乏实验，这样的实验已做了千千万万次。沙粒的实验太简单了，可是沙粒的行为却极为复杂。

要认知沙粒的行为，不仅要了解沙粒的特性，而且要了解沙粒的组织形式。松散堆积的沙粒可能会感觉柔软，可以有流动的空间，但是当相同的颗粒紧密包装在一起时，它们不再有流动性，变得坚固。这就是为什么沙滩沙的表层比下面的表层更柔软的原因：更深层中的颗粒被压得更近。

颗粒较圆的沙子通常感觉较软，因为沙粒之间的滑行更容易。但是，如果颗粒太小，水分会使它们粘在一起，使材料显得结块而结实。

在化学工程工厂从事颗粒处理的人会告诉你，这些机器可能会花多长时间被颗粒磨损而使其破坏；如果你有咖啡研磨机一直在用，你可能知道这个咖啡研磨机的寿命如何。问题是，这些都是大概的估计，没有基础的物理学公式可循。

具体颗粒的特性与行为如何，目前唯一可以做的，只是收集一些实验的数据。