颗粒物质是由大量宏观粒子汇集而成的离散体系，是典型的非平衡态耗散系统，具有丰富的流变特性，也与诸多极具挑战的工程问题相关。现有的颗粒物质研究主要关注宏观经验规律，缺乏对其物理本质的充分认识，导致现有的颗粒物质研究缺少微观基础。因此，建立颗粒物质满足的统一非平衡态物理框架，通过构建宏微观联系，从而理解颗粒物质的复杂行为是当前颗粒物理研究的一个重要方向。在上世纪90年代，Edwards等学者将颗粒体系中的体积类比为平衡态统计力学的哈密顿量，初步建立了颗粒体系的统计力学框架，并随后引入了温度、熵的热力学参量。然而，真实颗粒体系中存在的摩擦将如何影响Edwards体积系综，传统平衡态统计力学中发现的涨落耗散定理等热力学公式是否仍然适用，以及该统计力学系综与硬球液体能量景观之间的联系都没有被澄清，有待进一步研究。在这里，我们系统对比了振动与剪切下颗粒体系的微观体积，实验验证了在不同摩擦系数颗粒体系中Edwards统计力学系综仍然适用，其定义的有效温度与基于涨落耗散定理获得的有效温度一致，并基于摩擦与硬球液体能量景观理解颗粒系统的统计力学系综，给出了颗粒固体临界状态的物理起源。该研究为构建颗粒堆积系统和硬球液体之间的联系提供了一种新的理解，提供了将硬球玻璃态的理论沿用到颗粒堆积中的理论基础。同时，这也表明颗粒体系可以被看作为模拟硬球体系玻璃构型以及复杂动力学过程的模型体系。基于物理图像的颗粒物质基础研究进展也会对地质灾害过程过去的经验研究模式产生深远的影响。

颗粒物理,统计力学