歐洲人常用壹種叫作穆茲利的早餐，就是把燕麥片和巴西果等等幹果混合在壹塊兒，早晨誰起來，就倒出來壹些作早餐。但是人們往往發現，每天第壹個從盒裏倒出穆茲利的人總會得到最大個兒的巴西果，而最後倒穆茲利的人就只能得到燕麥片。
並不是人們特別偏愛大個的巴西果，把它們放在最上面獎勵早起的人，而是這些由顆粒組成的混合物本身就有這麽個古怪的行為。按照我們通常的想法，搖動壹堆不同大小的混合物，比較大、比較重的理應沈在最下面。但妳可以自己動手做個實驗，把壹個硬幣投入壹個糖罐之中，然後上下有規律地搖動，妳將發現，錢幣逐漸浮現出來，最後，這個失蹤的硬幣會出現在糖罐的最上層。
這就是著名的“巴西豆效應”。這個魔術只有具有顆粒性質的物質才能變得出。
常見的顆粒物質
所謂顆粒物質，就是直徑在1微米以上的大量顆粒組成的大集體。顆粒物質太常見了！海灘邊俯首即是的沙粒，積雪、泥石流、土壤和浮冰，春天偶爾壹見的沙塵暴，還有生產中使用的成堆的礦石、煤炭等等，日常生活中的糧食、藥品、糖、鹽、化妝品等等，都是顆粒物質。甚至路上的車輛、地球上的板塊漂移，都可以看成是顆粒系統。可見，它其實是地球上存在最多，也最為我們所熟悉的物質之壹。
顆粒物質不但廣泛存在，而且與工業技術和人們生活密切相關！全世界谷物及其他各種顆粒物的年產量數以百億噸計！其中包括煤、礦石、水泥建材、砂子與碎石等材料，以及食品、工業原料、藥品。這些物質的生產、運輸、加工及儲存，每年約消耗全球總能量的10%！
雖然幾句話就能概括顆粒物質是什麽，然而面對這種既不太大，又不太小的隨處可見的普通集體，科學家們卻遠不能用現有的理論，來解釋它們的行為。原因是：它們實在太“反常”了。
長期以來，我們習慣把物質狀態分為氣態、液態和固態，而顆粒物質卻是壹種特殊的物質形態，單壹顆粒可以看作是固體，但是當它們以成千上萬的數量累積時，情況就復雜了。它不同於固體、液體和氣體的任何壹種，反過來，我們也可以說，它集這三種形態的特點為壹身。
會飄揚的“固體”
普通的物質，比如最常見的水，是以溫度來衡量的，當溫度高於水的沸點時，水是以氣態存在的，溫度在水的凝固點之下時，以固態存在。溫度高低是水的形態發生改變的重要因素，而對於顆粒物質，高溫雖然會令單個沙粒內部的熱狀態發生變化，但是加熱壹堆沙子，得到的還是壹堆沙子。但它卻可以在同壹個溫度條件下，同時表現出固、液、氣三態的特性來！
比如，傾倒壹堆顆粒的時候，我們可以看到壹種類似氣態的紛紛揚揚的飄揚景象；而當它在地面堆積起來時，是類似固態的形式存在的；而在堆積起來的表面流動著的顆粒，則相當於液態。
雖然顆粒的散落可以看作是壹個氣態過程，但它跟氣體是有所不同的。首先，它比氣體分子重多了，它們不會隨溫度的升高而到處亂動；其次，它有團聚在壹起的傾向，不像氣體分子那樣四處流浪，它們喜歡聚在壹起，然後安安靜靜地呆在壹個地方。
會流動的“固體”
那麽顆粒與液體之間有什麽相似和不同呢？仍以水為例，水遇方成方，逢長適長，容器的形狀塑造了水的形態；沙子雖然也能適應各種形狀的容器，但脫離了容器，它不會像水壹樣平鋪在地面上，而是堆積成形，保持壹種亞穩態。這種看起來穩定的狀態經不住小的幹擾，很容易就會被摧毀。
夏天到來，我們可以約朋友壹起到海灘上堆沙，看誰把沙堆得更高。我們慢慢地在同壹個地方傾倒沙子，堆積沙堆，沙堆變得越來越陡峭——突然，當表面傾斜地大到壹個程度以後，沙堆會由穩定的靜止狀態，轉換到壹個不穩定的流動態，細細的沙子像流水壹樣沿著沙堆滾淌下來。在這個關鍵的時刻，增加壹粒沙也能觸發全面性的崩塌！而當崩塌結束時，沙堆的表面將回成到它穩定的傾斜角度。這時，即使增加更多顆粒，沙堆的斜率仍然保持的差不多。這和壹般正常的流體是完全不同的，顆粒的確產生了類似液體的流動，但是流動只發生在表面，而液體的流動是始終是內外壹致保持連續的。
這種戲劇性的變化，也存在於其他壹些自然現象中。在高山雪地，我們可能遇上令人恐怖的雪崩。雪崩在30°～45°之間的斜坡最容易被引發。而連續若幹小時的降雪，更會令危險加倍，這也是為什麽登山者不會在大雪之後馬上行動的壹個原因。而真正使潛在危險演變成雪崩的誘因，可能只是滑雪板的壓力，動物的行走，或者是高聲尖叫這壹類細小的外力作用。
會分層的“固體”
我們小心調配的飲料，在經過攪拌之後，液體會逐漸混合均勻。而對顆粒物質施加擾動，非但不會使它混合均勻，反而呈現出分層的現象，這種現象就是我們開頭提到的巴西果效應。
我國至少在南朝就有“簸之揚之，糠秕在前！洮之汰之，砂礫在後！”的說法了。講的就是通過簸箕的顛、搖、晃把沙粒、谷皮等雜質從谷物中分離出來。液體中也會有分層的現象，不過它依據的是液體密度的差異，由大到小依次實現的。
對於這種分層效應產生的原理，科學家各有不同的認識。壹種觀點認為是振動使小顆粒從大顆粒的間隙中穿過，掉到下方，大顆粒在它們的支撐下留在了頂部。而另壹些人則認為是振動導致顆粒物質之間形成了對流進而造成了顆粒的分離，在壹個振動的柱狀容器中，顆粒也會形成對流，這不僅會造成縱向的顆粒分離，在水平方向上，不同的顆粒也會發生分離。
固體？似是而非
那麽它是固體？固體總是能保持固定的形狀和體積。盡管顆粒靜止時的狀態和固體很相似，但是使這些分散的沙粒聚集在壹起的作用力，遠比固體內部粒子間作用力要小得多。
對於固體，我們向下壓，它會受到向下的壓力。而顆粒物質裏面，受力卻是不均勻的，力順著所謂的力鏈分布的方向傳播的，通過力鏈形成力的網絡，這個網絡也不是均勻的！力鏈上顆粒的應力很強，而其旁邊的顆粒受力可很弱，甚至不受力！因此，處於力鏈上顆粒的任何局部的或微小的位置變動都可能引起顆粒體系力分布的很大變化，造成整體的“屈服”！例如，在自然界，有時壹些小的擾動就會引起雪崩和塌方的發生！另壹方面，不處於力鏈上的顆粒的變動，則壹般不會對整個顆粒體系產生什麽重要的影響！
在溫度和壓力壹定的情況下，固體和液體的密度是確定的。但對於顆粒物質來說，任何外力的介入，都可能引起它堆積的形狀發生變化，形態的改變意味著密度的改變。而顆粒的堆積密度可能產生兩種變化：買米的時候，搖晃幾下容器，就可以裝更多的米，因為米粒之間的空隙被壓縮，因此密度變大，從而體積變小，這是外加作用使顆粒堆積密度增大的例子；而海邊的濕沙灘被太陽曬幹後，原本被海水浸潤而排列緊密的沙子，就會變得疏松膨脹。實際上這並不是沙子的密度，而是沙子的堆積密度。
摩擦力變出的魔術
這麽多顆粒聚在壹起，免不了磕磕碰碰吧？確實，碰撞和摩擦正是顆粒們每時每刻的主要運動。壹個外力到來時，顆粒會通過相互的接觸，把力壹個接壹個地傳遞出去，就像田徑中的接力賽壹樣。在壹個沙堆中，每粒沙都和很多沙粒擠在壹起，那麽這種傳遞就不是壹對壹，而是以壹傳十，十傳百的速度發生了。由於沙子的摩擦力足夠大，所以外力很容易被消耗掉，也就是說，沙堆很快就能形成壹個亞穩態。但如果摩擦力太小，比如壹些光滑的玻璃珠要形成壹個亞穩態，就會經歷很長的過程。
糧倉效應就是顆粒用摩擦力變出的魔術。100多年前，英國物理學家就發現糧倉底部的壓力在糧倉高度大於底部直徑的兩倍後便不再增加了，就是說當容器內顆粒的高度超過壹定值後，底部壓力基本保持不變。壓力是很不均勻而且有方向性地傳播的，有壹些地方是並沒有壓力存在的。這是因為當谷粒倒入谷倉後，將有壹部分的力傳遞到谷倉四周的墻壁上，於是重力可以被墻壁的摩擦力承受。這也就是為什麽谷倉並不像水壩壹樣需要隨著深度的增加而逐漸加厚管壁。基本上，谷倉的厚度大約都是壹個固定的厚度。
橫向分散力的本領
如果問妳：水果攤上以錐形堆起來的蘋果當中，哪壹個受到的壓力最大而最容易被壓壞？妳壹定認為，底部正中央的那個蘋果由於上方堆放蘋果最多，所以受到的壓力最大。事實並非如此，這個蘋果所受的壓強比同壹層中附近的其它蘋果要小。當顆粒體系受到縱向的壓力時，顆粒內部承受力的方向有橫向分布的傾向。這種傾向造成顆粒物質成拱現象的發生。正是顆粒內部的成拱結構，將力分散到果堆外圍部分，從而形成了中間顆粒受力小的“壓力凹陷”情況。所以最先被扔進垃圾堆的肯定不是它，而是它旁邊幾圈的某些蘋果。
成拱現象是顆粒體系的獨特行為之壹。拱有可能破裂，如果晃動壹下，流動就會繼續，直到下壹次成拱現象的出現。實際上，顆粒由漏鬥口流出的過程，就是拱在出口處不斷破壞和形成的過程。
成拱效應產生了所謂的“瓶頸效應”，這在我們生活中很常見。交通從順暢到擁擠的狀況，正好比顆粒由稀疏流向密集流的轉變。人流就好比是相互碰撞、摩擦的顆粒，當大量的人群失去控制的湧向路口時，好像發生成拱現象的鋼珠壹樣，會牢牢堵在那裏。生活經驗告訴我們，當人群通過壹個入口時，如果能有序的依次行進，就可以保持暢通的流動，速度越快，流量也就越大；而當人群開始擁擠混亂時，流量會急劇減少。