1. 首頁 > 生活雜燴 > 健康養生 > >

科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？( 三 )


科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
氫原子的量子漲落
水的結構說回到我們對水這種物質的最初認識，水可以分為固態、液態和氣態，在我們的印象中，冰的分子結構是固定而且整齊的，液態水分子的結構則是沒有任何固定狀態的，而氣態水分子則是單獨一顆并且四處運動的。
但是經過科學家們的研究，發現實際與想象中的好像有些差別。在我們印象中最為簡單的固態冰，都擁有18種不同的分子結構，不同狀態下凝成的冰，都會導致冰的分子排列出不同的形狀。
我們最熟知的碳元素，就是因為分子排列形狀不同而顯示出不同的性質，黑乎乎的石墨、閃爍且高硬度的鉆石、擁有強大韌性的石墨烯，都是如此。
科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
碳元素的不同性質
導致固態冰擁有如此多分子結構的原因，其實還是因為液態水的不穩定和混亂，液態水中的水分子可以是四面體形狀，也可能是連成一條線的鏈式形狀，更有可能是完全混亂隨機分散的形狀。
【 科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？】直到現在，液態水分子結構的運行規律依舊沒有定論，科學家們已經無法使用特殊的方式計算出它的分子構造，只能想辦法實際觀測水分子的形態，才能進行更深層次的研究。
其實大多數人不知道，雖然我們的顯微鏡技術已經十分先進了，但人類直接觀測分子狀態還是很有難度的，并沒有顯微鏡可以直接看到分子，所有的分子構成基本都是通過計算出來的。
科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
液態水
為了直接觀測水分子的結構狀態，科學家們也是費盡了心思，在掃描隧道顯微鏡研發出來后，人類才正式有機會可以用肉眼看到分子的真容。
使用掃描隧道顯微鏡其實看到的現象也并不是教科書上的水分子，科學家們也只是能看到圍繞在水分子周圍的電子云，隨著科學家門的觀測，對于水分子的結構也有更加深入的了解，但是了解得越多，反而越覺得水分子運動的不規律。
所以水的結構才會成為科學家們提名的本世紀125個最具挑戰性的科學問題。只有徹底明白水分子的運動規律，才能更加準確地掌握水的性質，才能更好的了解這種與生命息息相關的物質。也難怪，科學家們會將水稱為自然界最復雜的物質之一。
科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
一億倍顯微鏡下水分子
結語：水對生命的重要性也許當初海洋中的氨基酸就是在說水分子的隨機運動中被結合成蛋白質，但這種隨機運動很可能并不是完全隨機。
如果水分子的運動是具有規律的，那么這將意味著其他星球上的液態水中的氨基酸也會被水分子的運動導致結合成新生命。也就是說，宇宙中生命的出現將會成為一件必然的事情。
科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
水分子的隨機運動
第一個原核生物，就是在液態水中組成的，從此以后，所有的生命都將注定無法缺少水這種關鍵元素，除了病毒，世界上所有生命體中都回蘊含著大量的水分，正是依靠這些水分的特性，每一個細胞才能成功運轉。
所以明白水的特性產生原因，也是弄清楚生命起源的路徑之一。
科學家|在科學家的眼里，水為什么被稱為自然界“最復雜”的物質之一？
文章插圖
水是生命的重要來源