韩 红 姜泽辉 李翛然 吕 晶 张 睿 任杰骥

(哈尔滨工业大学理学院物理系，哈尔滨 150001)

(2012年12月6日收到;2013年2月15日收到修改稿)

1 引言

颗粒物质广泛存在于自然界、日常生活及生产技术中，其行为和特性长期受到工程和物理学界的关注[1].但物理学中的研究通常将颗粒的尺寸界定为大于100µm.在这一尺度下，颗粒的布朗运动可以忽略不计，致使颗粒体系具有不同于常规分子体系的独特性质[2].例如，粮仓中的谷物超过一定厚度时，谷物对仓底的压力不再随厚度而增加，而是趋于饱和，存在“粮仓效应”[3,4];颗粒物质中的应力分布是不均匀的，存在力链或力网结构[5].

人们经常用“一盘散沙”来比喻或形容那些涣散的无法组织起来的系统或群体.但对于真正的沙子或颗粒体系而言，情况却并非如此.例如，对颗粒物质施加周期性竖直振动时，颗粒的运动并不是互不相关的，而是表现出整体性或协同性.经常观察到的现象有：“巴西果”效应[6]、对流运动[7]、分频表面驻波[8,9]和倍周期分岔[10-14]等.其中倍周期分岔是一种较为典型的现象：固定振动频率然后逐渐增加振动强度，会发现颗粒对容器底的冲击力不是杂乱无章的，而是随着振动强度的增加表现出一系列的倍周期分岔过程，分岔序列为2倍周期，4倍周期，混沌，3倍周期，6倍周期，混沌，4倍周期，8倍周期，混沌等[11,13,14].产生这一现象的根源是什么以及与哪些实验参数有关?这些问题的澄清将有助于颗粒物质动力学行为的深入理解……