对科学家而言，水为什么被称为自然界最复杂的物质之一( 二 )
氢键还有灵活性。如果我把手放开，那么我会很容易地和另外一个人牵手，所以它有一个非常奇怪、非常灵活的特性。
另外，氢键还有方向性。氢键总是氢指向氧才能成键，如果氢指向氢、或者氧指向氧，就不会形成这个键。
这三种特性导致水会形成非常复杂的网络结构，称为氢键网络。
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水的三种物相
大家都熟知水有三种物相。
在低温的时候它是固体、是冰相，冰相里面的水分子都规规矩矩地排在自己的位置上，形成一个规则的、有序的网络结构。
如果把冰稍微升高一点温度，它就会融化，融化之后这些水分子就待不住了，会跑到别的地方去，甚至还会跑到间隙位置，所以就变成无序的液态结构。
在液态的情况下，水分子是没有任何规律、没有任何周期性、完全无序的状态。
如果再进一步升温，水分子和水分子之间就会逐渐远离，它的键会被打断，最后变成没有任何相互作用的气态。
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液相可以说是目前为止水里面最复杂的一个相，没有任何的理论和实验能够回答液相的结构到底是什么。
在过去几十年间，有若干的实验和理论试图去解答这个问题，提出了很多的模型，比如四面体模型、拼成链状的绳圈模型、完全无规的混乱模型，但是没有一种模型能够给出满意的答案。
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似乎商家已经解决了这个问题，他们已经知道液态水的结构到底是什么，或者是说能够通过某种手段让液态水里的水分子聚成小团，然后让这个小团更容易通过我们的细胞膜被人体吸收，促进新陈代谢。
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那么我们怎么办？
最直接的办法是看到水分子，能够知道水分子在什么地方，它怎么排列成网络结构，它有几个水分子在这个网络里面，这就是我研究水的初衷。
第一次看到单个水分子的实空间图像
为了看到水分子，我们不能用大家常见的光学显微镜，因为它的分辨率远远不够，所以这里要介绍一下扫描隧道显微镜，简称是STM。
扫描隧道显微镜由两位瑞士的科学家Bining和Rohrer在1981年发明，他们因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。他们用这个显微镜可以看到表面的原子结构，这在当时来说是非常了不起的一个成就。
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在表面进行扫描的时候，根据电流的变化就能把表面的原子起伏成像出来。所以说，实际上我们并不是真正看到原子，而是把它感知出来。
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实际上算了一下，针尖最尖端的直径应该是头发丝的千分之一，这个大小在光学显微镜下是完全看不见的。
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打一个形象的比喻，针尖就好像是龙卷风后面大块的云，但恰恰最尖端的一些原子和分子才是得到高分辨率图像的最重要因素。这个图像非常贴切地反映出针尖的真正形状。
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除了低温以外，我们还必须把STM放在一个真空度非常高的环境，真空度的大小可以比拟宇宙中的真空度。这样能够把分子牢牢地抓在表面，不让它到处运动。
此外，由于真空度非常高，周围大气环境中的分子不会对水分子产生干扰。
在这么纯净的环境下，我们终于可以第一次看到单个水分子的实空间图像，可以看到很多V型结构。
如果把水的结构叠上去，看到的微型结构跟水的骨架完全一致，不只是键角一致，包括键长也完全匹配。
这是人类第一次能够清晰地看到水分子的结构图像。
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比如说，右边是黑洞的图像；左边这个实际上是水分子。
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