水是宇宙中第二丰富的分子物质，而人类对地球上存在的物质关注最多的就算水了。关于水的知识我们可以信手拈来、如数家珍、并为此而津津乐道。下雪天我们在路面洒盐，因为我们知道盐溶于水后可以降低水的凝固点，从而化解冰的坚硬。这是非常朴素的事例，表明水在掺杂杂质后凝固温度会下降，其背后的热力学原理简单而浅显。

不过，从科学和精确的角度去审视，我们其实对水知道得并不多。这些年，您依然可以在NS上很容易地找到关于水的不少研究成果。

比如，人类眼泪的化学成分主要是水，外加稀薄的有机物及矿物质。但是眼泪在精神和情感层面上所表达的内涵却丰富与广博、对外界的响应敏感与剧烈，使得眼泪的性征很是不可捉摸。悲伤和快乐情感迸发出来的眼泪有何本质不同大概算是富有挑战的课题，也许会引诱后人去探索人类情感与眼泪化学组成及热力学/相变行为等性质的关联。这当然是很矫情的说法。

更进一步，诗人、文学家和政治人物也对水倍加敬畏，当仁不让地以多姿多彩的语言去歌颂与崇拜水，让水在我们意识中占据了一些涟漪。这当然也是很酸的说法。^_^

即便从纯物理的角度，我们对水其实也感到有些莫衷一是。水掺杂稀薄杂质后组成的物质之热力学行为就非常奇怪。先说我们自认为已经知道的。在化学家眼中，通常向水中注入可溶解的杂质后，水的凝固点和气化点都会有所下降，这是溶液热力学所规范的。纯水在0^oC凝固，但是在4^oC开始到0^oC却有奇异的结构演化，蕴含了莫名其妙的物理。

最近一个关于水问题的物理就更加“莫名其妙”了。事实上，很早人类就知道含有稀薄氢同位素氘(deutrium)或者三重氢(tritium)的水在0^oC以上就凝固了的物理事实，开创了杂质掺入导致冰点上升的先例。可是人类一直不明白怎么会出现这样奇怪的现象。最近，普林斯顿大学的R. Car与J. Morrone两位学者突发奇想，竟然argue说这一奇异现象是海森堡量子测不准原理导致的，真是开了天下人一个很高很远的“玩笑”。

这两位学者编的故事是这个样子的：借助中子注入探测水结构的实验揭示出氢原子相对于与之成键的氧原子具有一定的位置和动量分布，这似乎暗示了海森堡的测不准原理在这一层面上的确在起作用，也就是说氢原子相对氧原子而言，在位置和动量中有一个是测不准的。无论是哪一个量测不准，都会影响相邻水分子之间的氢核对(pair)那很弱很弱的吸引作用。说得更浅显一些，就是氢原子位置和动量中的一个围绕氧原子周围运动(注意：这不是热力学有限温度的热涨落振动)。测不准原理总是能够使得氢核对之间的距离变小(吸引作用与距离的关系是非线性的！)，从而加强这种吸引作用，导致水结构关联的强化。

Car和Morrone为此构建了一个离散模型来模拟这种测不准效应，当然这种模拟有那么一点调戏量子力学测不准原理的味道。不过，这不重要，重要的是能够解释水更强、更硬的性质。他们用32组珠子来模拟氢核，让它们围绕各自中心随机而恒定地来回运动，以此模拟测不准的位置和动量。模拟显示所得到的氢键强度、位置的确与水的实际结果很接近。

更有意思的是，这一模型也许可以为生命科学中的一些生物过程(如蛋白质折叠)提供一些新的物理图象。含有这两种氢同位素的水分子对于生命的作用非常大，会改变很多生物学过程，对有机体产生毒性。这似乎暗示我们，生命过程的天灾人祸不完全是上帝的意志，而可能也有海森堡老大人的造化。测不准原理所规范的氢核对(pair)相对运动位置或者动量竟然是生命的克星或者天使。

这一想法很疯狂！

然而，当我们对生命之水的认识还在踌躇之时，让海森堡来疯狂一下又有何不可？他日全人类的生物学家拜海森堡为始祖之时，也许就是先生迎娶太太之前必备一台眼泪测试仪的时代开始，因为杨玲说女人主要是水。不疯狂就呜呼！

素材来自：Quantum effects may explain water’s weirdness, by M. Brooks, New Scientist Issue 2654, 30 April 2008.