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光的本质是什么的难题自17世纪起就一直困扰着物理学家。它是波还是粒子流？两种答案完全无法统一。
直到20世纪20年代，这道难题才最终被巧妙化解。量子力学揭示了光的双重身份，光子既是波也是粒子。关于光的争议就此终结。
波粒二象性示意图说明，从不同角度观察同样一件物体，可以看到两种迥然不同的图样。
然而，同一道难题再次不期而至。这一回，它不再与光明黑暗相关，它来自广袤无垠、干燥多风的沙丘。或者说，来自沙丘的“歌声”。
这种奇特的声响如小提琴琴声一般铿锵有力，但沙丘既没有琴弦也没有共鸣箱⋯⋯只有一望无际的沙子。经过一个世纪的沙漠探险和实验室研究，现有两种理论宣称能够解释这些“乐曲”的来源，而且都认为它们与沙丘的基本属性有关。
第一种理论由法国巴黎高等物理化工学院物理学家布鲁诺·安德烈奥蒂（Bruno Andreotti）提出，认为这声响来自波动；
第二种理论的最新表述则来自几个月前荷兰莱顿大学物理学家西蒙·达瓜-博伊（Simon Dagois-Bohy）的论文，认为声响是沙粒相互撞击所致。
同一种现象，两种对立的模型，当年那个著名难题转世重生！但这一回，物理学家再也无法找到一丝可能调和他们方程式的线索⋯⋯
频率明确且自发生成的声响
神秘的鸣沙现象曾引来无数描写。首先是丝绸之路上的旅行家，如马可·波罗就曾提及“鬼泣”，或是“多种乐器共鸣，尤其是鼓声和武器撞击声”在“空中回荡”。
然后是19世纪的物理学家，他们因这种强有力的乐音全凭自发生成而感到惊讶。“要听一下你才能明白它的神奇。这声音是如此强大，你甚至能够感到大地在脚下震颤！”西蒙·达瓜-博伊强调。
人们迅速注意到这声响来自流沙，它们的频率很明确，只是随沙丘而异。比如摩洛哥沙丘的鸣响频率为103赫兹，对应的音高是升G2；而在阿曼，鸣沙的频率为66赫兹，对应的音高是C2⋯⋯
这说明沙子的滑动能使整个沙丘进入同步移动状态。因为只有沙丘确定节奏的流动才能使空气的振动如此规则，而不是大量不同频率混杂在一起的噪音一片。
但这些沙粒是如何同步运动的呢？怎样才能从物质的无序运动中生成和谐之音？100多年过去，当初的难题依旧悬而未解。虽然颗粒介质物理学已成长为一门独立学科，指导着从药剂粉末处理到谷物加工或者水泥、玻璃搅拌等诸多工业操作，但在鸣沙问题上，它没能取得丝毫进展。
“所有人都认可声响是流沙发出的，它们的音频固定，振动的沙子就如同一台扩音器。这是基本共识。但接下来的部分，每个人都各执一词。”布鲁诺·安德烈奥蒂概括道。
现在的两种理论就是这种情况，双方都认为只有自己的答案才是正确的。在布鲁诺·安德烈奥蒂看来，两层沙粒因相互摩擦而产生声波，沙丘歌唱的奥秘就暗藏在这些声波里；而西蒙·达瓜-博伊则主张沙粒的运动才是鸣沙的关键：“这一机制的核心便是沙粒之间的摩擦。”
西蒙·达瓜-博伊在论文中描述了整个过程：表层沙粒因重力作用开始滑动，使得下层起支撑作用的沙“柱”逐渐倾翻、垮塌，表层沙粒于是下陷，直至新的沙“柱”形成，重新支撑住表层流沙。“这为沙粒从高处往低处周期运动创造了条件。”他总结道，“运动周期与沙粒的大小有关，它们带动空气运动，从而发出单一频率的声响。我们在实验中完美证实了其中关联。”
难分伯仲的两种模型
布鲁诺·安德烈奥蒂提出的则是一种全声学机制：“无需考虑那些沙粒，只需将环境介质几何化，像研究地震波那样研究声波波动就可以了。”他介绍说，利用两块固体—— 一块处于运动状态代表流沙，另一块固定，代表沙丘——进行的模拟表明，在两者界面处，声波会出现自发增益。
“最初，这只是个理论观点，根据有关地震的研究推导而来。”布鲁诺·安德烈奥蒂解释道，“但在2010年的一次考察中，我们发现的确能在沙丘中观察到这一现象。”
“波动模型无法用分析法推导出声波的频率。”西蒙·达瓜-博伊指出。“我通过数字模拟测试了粒子模型，发现其结果与预估值相差六个数量级！”布鲁诺·安德烈奥蒂不依不饶。而他的论据立刻引来了西蒙·达瓜-博伊的反驳：数字模拟本身即缺陷累累⋯⋯
为何这场争论不能像上一次有关光的争论那般收尾呢？现在所有的微观物理学家都同意，根据具体情况，在关于光的两种相互对立的模型中做出选择，难道颗粒介质物理学家就做不到吗？
然而别忘了，光并非无缘无故拥有波粒二象性的。詹姆斯·麦克斯韦（James Maxwell）在19世纪末创造了描绘能量场在空间中传播的方程式，之后，这些方程式又在量子物理层面得到拓展，波粒二象性的提出才有了可能⋯⋯“
2015年3月2日，来自École polytechnique fédérale de Lausanne的研究者们发表了他们的新发现。研究者们得以显现驻波的外观，而驻波体现了光的波动性。实验在显现光的波动性的同时，也显示了其粒子性。
但在颗粒介质领域，我们的工具很少，因为我们没有场的说法。”布鲁诺·安德烈奥蒂表示遗憾。“甚至连理论体系也没有。”西蒙·达瓜-博伊补充道，“我们只能借用固体力学和流体动力学法则，但又不能确定这些法则是否符合现实情况。”
颗粒介质物理学完全就是一个悲剧：它卡在固态物质和液态漩涡当中，没有自己的一席之地⋯⋯这也解释了物理学研究为何如此重视鸣沙现象，将其当作重要课题。
“沙子是怎样流动的？为什么它有时如同液体有时又如同固体？这些问题都是当下研究的热点，其意义可不仅仅是为了让农副产品加工业的管道保持畅通。”布鲁诺·安德烈奥蒂介绍道，“比如我们认为，弄明白沙子的动力学，还将有助于了解癌症细胞是如何扩散的。”
沙子是波还是粒子？问题虽小，但却根本，答案或许能成为将来一连串新发现的基石。
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