作者：天体生物学·黄姤

水——地球上最丰富的物质之一，地球表面约70%都是水，人体约60%都是水，因此，水是每天我们都有很大概率接触到的，尽管水很常见，但是它还有很多的谜团没有解开，因为它的性状不同于其它任何物质，水比我们想象的要奇怪得多。

水——存在两个“液相”状态

液态水，就是日常里我们用来饮用及清洗的那种。

事实上我们熟知的这种水是很复杂，因为它可能同时存在两个“液相”，而不是一个，“液相”这种情况通常会在低温高压的环境下发生，大约-45℃，2400个标准大气压下，所以这不是能轻易见到的，无论如何，在这种情况下，水可以自发转变成两个共存的“液相”，冰漂浮在水面上就是一个经典的例子，两个共存的“液相”它们会分层，且每层的密度不同。

低密度部分由标准水分子四面体结构组成，也就是一个中心分子与四个相邻分子相连。但在高密度部分，会有一个额外的分子试图混入其中。

图解：左为低密度部分、右为高密度部分

目前为止，仅在计算机模型中观察到这上现象，部分原因在于模拟那些温度和气压条件，时间性极强且开销过大，但如果这个现象能被物理实验所证实，那么这将有助于解释水的其它奇异属性，比如，冰的密度不均匀存在高低两种密度区，所以冰能漂浮在水面上。

这些不均匀区域可能是两种“液相”的冰冻残留物，如果是这样的话，就可以通过这两种不同密度的构造来构建一个模型，以还原水从极低温度到常温的变化过程。

液相——物质呈现液体的状态，且在这个系统里只有液体，即均匀的溶液。

水的另一种存在状态——“玻璃相”

水什么时候会变成玻璃！这句话是不是觉得很奇怪！

水的另一种存在状态——“玻璃相”，它是处于固体和液体之间的亚态，这种状态下，水就像玻璃一样，一眼看上去就是固体，但实际上，它一直以缓慢的速度转化为液体。水，不是唯一具有“玻璃相”的物质，但它的形成方式却是很特殊的。

一般来说，当加热其它物质时，它们的热容会逐渐增加，热容就是使其温度升高1 ℃所需要的热量，热容持续增加直至玻璃化转变温度，此时，物体温度瞬间跃升100%正式转变为“玻璃相”。但加热水时，在它突然结晶变成固体前，其热容几乎无明显变化，这给测定水的玻璃化转变温度造成了极大困难。

目前为止，水的“玻璃相”大约在-123℃至-53℃之间会出现，但很难确定具体数值，所以这一研究领域被称为“无人区”，在水突然结晶这一临界点上，完全不知道发生了什么，但这至少说明，水的热容的确不正常，它的温度不会像预期的那样发生变化，尽管研究这种现象困难重重，但是我相信科学最终会解答这一谜团的，因为了解水的“玻璃相”真的可以帮助我们了解宇宙的秘密，毕竟这种形态的水是宇宙上最丰富的，而且存在于很多天体中，甚至在星际尘埃粒子中，所以解开“玻璃相态水”之谜，可以帮助我们了解它是如何形成并塑造太阳系的。

水与量子力学的关系

如果深入到水分子内部，就变得更加奇怪了，若想解释水在人体内的作用，就离不开量子力学，在研究水和带电聚合物的混合溶液，这种溶液存在于人体骨头的关节中，而且比想象的要粘稠得多，对膝盖很有帮助，但却令科学家感到困惑，曾有一段时间，科学界认为这种粘性是由聚合物之间的排斥作用造成的，同极相斥，但事情并没有那么简单，研究发现聚合物的电荷也会影响水分子相互作用的方式，使得水分子的氢键排列更加有序，分子移动变得困难，从而阻碍了溶液的流动，因此，变得更加粘稠，这样的研究结果本身就是一个巨大的科学成果，同时也是最前沿的科学解释，因为这表明，不能再将水看做化学中性背景（不带电），相反应该把它当做活性分子。

带电聚合物与重水的溶液

重水，是由氘和氧构成的水（D2O），氘是氢的一种，质量是氢的两倍，这种溶液与普通水溶 液有很大区别，分子间相互作用不同，黏度也不同，事实上这些差异十分显著，传统的化学模型也无法解释，所以要想完全发了解其中缘由需要考虑量子力学，量子效应很可能会影响两种水（冷水与热水）溶液的氢键断裂方式，因为这会影响溶液黏度。

黄姤·结语

所以不能忽视水的存在，而且它比表面看起来要复杂得多，但了解更多关于水的知识，能帮助我们更多地了解聚合物溶液的应用，以及水在人体内的作用，由于水在宇宙中的丰富性以及重要性，可以暂时收起好奇心，但水真的很奇怪，探明其中原因可以帮助人类在诸多科学领域取得更多的进步，所以下次当我们饮水或仰望乌云时，要意识到水真的很不一般。

推荐阅读

越是符合直观的东西，越有可能违背基本的物理定律

​我叫【黄姤】，创作有关（天体生物学领域.太空生物学领域.科学.科技.科研.科普）的文章，欢迎点赞.评论.转发.关注互相学习。