前言
如今，人们越来越重视健康生活。他们早上做的第一件事就是喝一杯水。“多喝水，充足睡眠，多吃蔬菜水果。”这首家喻户晓的儿歌把健康生活的几大要素说完了。其中，饮水排在首位，足以证明饮水的重要性。
如果不吃的话，一般可以活一个多星期，但是如果不喝水的话，大概只能活三天左右。因为水一般占人体构成元素的60%以上，长期缺水会导致身体大部分器官无法正常运作，最终缺水的人会死于器官衰竭。
人体内的水量
水对身体有好处，但不能无节制地喝水。很少有人知道，喝水也会导致中毒。稀释性低钠血症。
如果在大量出汗后迅速喝下超过5升的水，极有可能引起水中毒，严重的甚至会致命。
在生活中，水不仅是生命中最重要的元素，更是随处可见的物质。因此，很多人习惯了水的存在，认为它是世界上最简单的物质，但如果我们能够对水进行深入的研究，就会发现，水的复杂性远远超出我们的想象。想像力。
随处可见的水
水的特性
普通人对水的认识很简单，基本上只知道水会随着温度的变化而改变形状，在正常大气压下，水在0°C以下冻结成冰，并在100°C开始沸腾。
只要仔细想想，不难发现水的结冰温度和沸腾温度太巧合了。他们怎么会在0和100这两个数字开始变化呢？道理其实很简单，因为摄氏度的单位最初是建立在以水的变化为标准的基础上的。
另外，水也被用作体重标准的定义。一升水等于一公斤。这是最基本的物理知识，所以我们现在的体重标准其实是建立在水的基础上的。虽然从2019年开始，一公斤的定义已经改为根据普朗克常数，的公式，但一公升水仍然是现行重量标准的一公斤。
水可以作为一个重量标准
从单位的定义就可以看出水对人类的重要性，因为人类的生存环境离不开水，所以使用起来更加明确水设定了温度标准，也让我们更容易比较其他物体的重量。
但是除了上面提到的水的属性之外，其实还有很多关于水的属性，一般人根本不知道，或者即使知道也不太在意。比如水具有热收缩冷膨胀性，这是一种非常神奇的状态。我们知道大部分物质都有热胀冷缩的性质，但是水更好啊，如果我们用装满水的玻璃瓶放在冰箱里，那么玻璃碎的几率就很大水结冰后装瓶。
水的热胀冷缩特性当然水结冰后会膨胀，其实主要原因是水是聚合物，当水在上面4摄氏度其实它也是遇热膨胀遇冷收缩，但是当水温降到4摄氏度时，的密度达到最高，因为当温度继续下降到零度，水的密度反而会降低，这导致水转变为结冰时发生膨胀。
也正是因为水在0-4摄氏度的这种热收缩冷膨胀的神奇现象，才有了生命的可能。因为热胀冷缩，也就是说水结冰后，它的密度会比水低，所以冰块会浮在水面上。如果按照一般物质的特性，固态比液态重，那么所有的冰块都会沉到水底，所以表面的水就会凝结成冰一层一层地落到水底，所有的水都会冻结成冰，水中不会出现任何生命。
冰块不会沉到水底
除了热收缩和冷膨胀外，水还具有很高的比热容，巨大的表面张力，热水比冷水更容易结冰水，溶解力强等等特性，这些相对于其他物质来说，都是非常变态的特性。
也就是说，水这种世界上最常见的物质之一，却有着世界上最不常见的物理性质，而这些性质出现的主要原因，很可能是因为水的量子效应。
水的氢键量子效应
水的结构其实很简单。它的化学式是H2O，是由两个氢原子和一个氧原子组成的分子。它是宇宙中非常普遍的物质，氢和氧非常容易发生反应聚合成水。
水的化学式
所以大多数岩石行星在刚刚形成的时候都会有很多水，但是随着时间的推移，如果表面温度过低，行星就会被冻成一块大冰球，如果表面温度过高，表面的水会被恒星蒸发成水蒸气，再通过光解还原成氢元素和氧元素。
所以行星表面有大量液态水是非常罕见的。只有在稳定的大气层保护下，才有可能保证地面液态水的存在。所以液态水对我们来说可能看起来很普通，但是在宇宙中，更多的水还是以冰的形式存在，这可能就是宇宙中存在生命的概率如此之低的原因.
地球上的液态水
说到构成水分子的氢元素和氧元素，由于水的各种异常性质，科学家们一直在努力研究水分子的特殊性，但一直没有收获到现在量子力学形成后，科学家们开始考虑水是否具有量子态。
在大家的印象中，水分子就是两个氢元素通过共价键连接起来，它并不是真正的链条，它只是一种比较弱的力，三个原子稳定结合形成一个复合物质。
水分子之间也有一个微弱的力连接着它们，那就是氢键。正是由于氢键的存在，水才会出现各种不同寻常的特性。
水分子是靠氢键连接的
氢键和共价键是两个不同的概念。水分子中的氢原子和氧原子通过协同电子相连，因为一个氢原子只有一对电子。与氧原子形成水分子后，氢原子的电子被固定，因此它的部分原子核暴露在外。
我们都知道，原子核都是带正电的，所以此时水分子中的氢原子是带正电的。氧原子比氢原子有更多的电子，所以即使它与氢原子共享电子，它仍然带负电。所以当多个水分子存在时，水分子中的氢原子和氧原子之间会产生一种吸引力，这就是氢键。
氢键和共价键最大的区别就是可以很容易的分开，当我们从一杯水里舀出一勺水的时候，无数的氢键就分开了，当水水沸腾变成水蒸气后，由于水分子的活动，几乎所有的氢键都会断裂，最后水变成气态的水蒸气。
氢键断裂
但是氢键的弱吸引力是水元素具有奇怪性质的原因，例如两个水滴靠近会合并成一滴水，而水面神奇的张力是由于氢键。
科学家发现，氢键的作用力是通过研究氢键而产生的。一部分是由于上面提到的正负电极的吸引，另一部分是由于量子效应。科学家们发现，氢键中的氢原子会在某个位置发生波动。
所谓量子涨落，说得形象一点，其实就是水分子中的氢原子，会在一定范围内瞬间运动。这种量子现象的原理无法用目前人类物理理论的知识来完美解释，但科学家们可以肯定，正是由于这种位置波动的现象，水分子之间才形成了氢键。
氢原子的量子涨落
水的结构回到我们最初对水作为物质的认识，水可以分为固体、液体和气体，在我们的印象中，冰的分子结构固定整齐，液态水分子结构不处于任何固定状态，气态水分子单一且四处运动。
不过，经过科学家们的研究，发现现实与想象似乎有些差距。我们印象中最简单的固体冰，就有18种不同的分子结构。凝结成不同状态的冰会导致冰的分子排列成不同的形状。
最熟悉的碳元素是由于不同的分子排列而表现出不同的性质对于坚韧的石墨烯来说也是如此。
碳元素的不同性质
固体冰之所以有这么多的分子结构，其实是因为液态水的不稳定和混沌性，液态水中的水分子可以呈四面体形状，它也可能是一个连成一条线的链状形状，或者更可能是随机散布的完全混乱的形状。
直到现在，液态水的分子结构还没有定论，科学家们一直无法用特殊的方法计算出它的分子结构，只能想办法实际观察水分子的形状。做更深入的研究。
其实大部分人都不知道，虽然我们的显微镜技术非常先进，但是人类要直接观察分子状态还是非常困难的。被计算。
液态水
为了直接观察水分子的结构，科学家们也是绞尽脑汁。扫描隧道显微镜研制成功后，人类正式有机会用肉眼看到分子的真面目。
扫描隧道显微镜看到的现象其实不是课本上的水分子，科学家只能看到水分子周围的电子云，有了科学家的观察，我也有了更深的认识水分子的结构，但是越了解越觉得水分子的运动是不规则的。
这就是为什么水的结构成为科学家提名的本世纪最具挑战性的125个科学问题。只有深入了解水分子的运动规律，才能更准确地把握水的性质，更好地认识这种与生命息息相关的物质。难怪，科学家称水是自然界中最复杂的物质之一。
一亿倍显微镜下的水分子
结论：水对生命的重要性
可能海洋中的氨基酸在水分子的随机运动中结合成蛋白质，但是这种随机运动非常可能不完全随机。
如果水分子的运动是有规律的，那就意味着其他星球上液态水中的氨基酸也会通过水分子的运动结合成新的生命。也就是说，宇宙中出现生命将成为必然的事情。
水分子的随机运动
第一个原核生物是在液态水中形成的，从此以后，所有的生命都注定离不开水这个关键元素，除了病毒，世界上的一切所有的生物体内都含有大量的水，也正是因为这些水的特性，每个细胞才能顺利运作。
因此，了解水的特性成因，也是了解生命起源的途径之一。
水是生命的重要源泉
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