在写这本书之前，我对水这种超凡脱俗的奇特性质一无所知，因此，我可以理解读者在面对这一惊人观点时可能会感到犹豫，怀疑是否愿意涉足这样一个可能充满晦涩论点的章节，探讨一个看似过于奇怪而无法严肃对待的话题。毕竟，它只是水。水能有多奇怪呢？
正如我所提到的，我也是最近才发现水的奇特之处，因此对这种看法深表同情。我们当中又有谁会想到，水会是一个在任何方面都极其不寻常的存在呢？它就像空气一样，因无处不在而被我们理所当然地忽视。同样，它在最纯净的状态下是完全透明的，基本上无味无臭。我们能对它说些什么呢？难道它不是用来衡量其他液体的必然标准吗？它除了满足我们预期的功能之外，还能做什么？我们对它可能拥有的奇特性质一无所知。我们都知道，有时它会蒸发成云，最终化为雨降落，有时它会冻结成雪或冰，这些冰雪又会融化，形成流向大海的溪流和河流。水可以是非常迷人而令人安慰的存在，但我们怎能将它视为其他任何东西，而不是完全普通的物质呢？
就像大多数人没有为太阳与月亮在天空中的表观大小几乎相同而感到惊叹，也没有因木星和土星的引力将巨大的飞行物体拉离地球而心怀感激一样，我们也很难想象有什么理由特别关注水。它对我们生活的重要性是如此理所当然，以至于不可避免地被大多数人忽视，而这也并非不合情理。毕竟，地球表面有71%的面积被水覆盖，我们的身体有65%的成分是水。我们的脑部和心脏更是由73%的水构成。如果说“缺席让人更觉珍贵”，而“熟悉让人心生轻视”，那么我们对水的习以为常似乎也就显得自然而然了。在西方社会的现代化生活中，少有人长期感受口渴之苦，也极少有人长时间无法享受洗浴的便利。因此，我们对水往往缺乏感激之情，甚至无动于衷。那么，我们又为何不如此呢？
神奇的水
如果你有机会阅读英国裔澳大利亚生物化学家迈克尔·登顿（Michael Denton）所著的《水之奇迹》（The Wonder of Water），你会发现一些你从未想象过的事，并几乎肯定会因水的怪异特性而感到震惊。你会意识到，将水视为理所当然，只是出于无知的错误。在了解这些特性之后，你可能会将水的存在及其在地球上的丰盈视为又一份证明——证明我们所处的这个世界是多么令人难以置信的奇迹。如果我们秉持诚实的求知态度，就必须思考这一切是如何可能的，甚至不得不质疑，是否存在一位拥有无限智慧的上帝，刻意以这样的方式创造了世界，也许仅仅是为了在我们具备足够的科学知识时，对这一切感到惊奇并深深震撼。
另一方面，假如我们从未接触过水，如同第一次遇见它般重新认识，我们一定无法避免对它感到惊叹。
在动画片《辛普森一家》的某一集中，这家人参观了一个水上乐园，其中一个令人胆战心惊的项目被命名为“H2Whoa！”（意译：水真神奇）。当我们开始探讨水在多个层面上的深刻怪异时，这个名字显得格外贴切。举个例子，我们先从一个问题开始：为什么冰会浮起来？
为什么冰会浮起来？
我们知道，当水从液态变为固态时，它会变成冰，而冰是会浮起来的。这似乎再正常不过。但这仅仅是因为我们对水和浮冰习以为常，才觉得这很“正常”。
事实上，这一点都不正常。自然界中几乎所有物质在冷却时都会变得更密实、更重。因此，当温度足够低以至于变为固态时，固态物质通常比液态更密实、更重，从而会下沉。这是多么合乎逻辑！然而，在这一点上，水却偏偏不“随波逐流”。相反，当水结冰时，其密度实际上降低了约9%，因此变得比液态水更轻。这是关于水的第一个奇特之处。正因为如此，以及水的许多其他奇特性质，地球上才有生命的存在，稍后我们会进一步解释。
但冰会浮起来的现象，比我们最初想象的还要离奇。因为水在冷却时，确实像大多数物质一样会变得更重、更密实。然而，当它冷却到华氏39度（约摄氏4度）时，这一过程突然逆转，从这一点开始，它反而变得更轻、更不密实。也就是说，70华氏度（约21摄氏度）的水比50华氏度（约10摄氏度）的水要轻、更不密实。但奇怪的是，当水冷却到39华氏度时，密度的增加会停止，并开始减少。从这一温度到32华氏度（约0摄氏度）的冰点，它的密度和重量都在降低。当水冷却到32华氏度并结冰时，其密度比周围的液态水低了9%，因此浮在水面上。
在固态或冻结状态下能浮起来的物质极其罕见。试着融化一些巧克力，你会发现固态的巧克力比液态的更重，会沉下去。融化黄油或蜡，结果也是一样——固态比液态密实，因而下沉。但水却截然不同。然而，正如我们所说，这并不是一种随机的奇异特性。像水的许多其他古怪性质一样，这一特性对于地球上生命的存在至关重要。
例如，如果冰不会浮起来，湖泊和其他水体会从底部开始冻结，完全摧毁其中的生态系统，甚至根本无法让生态系统得以形成。但因为冰会浮起来，它在湖泊、池塘、河流以及北极海洋的表面结成冰层。如果水从底部开始冻结，整个水体会因“冻结接力”而全面结冰。而由于冰漂浮在水面上，它在冰层下形成了一道隔热屏障，使冰层下的水免受冰上方寒冷空气的侵袭，从而保护水下的生命得以存活。但这不过是水最不奇特的性质之一而已。
例如，从化学家的角度来看，水的冰点和沸点完全超出了我们的预期。诺贝尔奖得主、匈牙利生物化学家阿尔伯特·圣捷尔吉（Albert Szent-Györgyi）曾写道：“水的非凡性质可以通过用来表征物质的两个最常用常数——熔点和沸点——得以证实。” 我们通常可以根据分子大小准确地预测物质的冰点和沸点。然而，水却以一种令人惊奇的方式完全违背了这些预期。圣捷尔吉指出，以水分子的大小来看，水本应在华氏32度（约摄氏0度）沸腾——而不是在这个温度结冰。当然，实际上水只有在达到华氏212度（约摄氏100度）时才会沸腾。圣捷尔吉还提到，根据水分子的大小，它的冰点应该是在极低的温度——华氏-148度（约摄氏-100度）左右才会冻结。
地球上大多数地区液态水的存在是生命必不可少的条件之一。因此，如果我们的星球离太阳更远或更近一些，或者水的冻结点和蒸发点发生改变，生命在地球上就不可能存在。
水的冰点在我们垂直穿越大气层时也同样至关重要。这是因为水极低的冰点使其不会蒸发到外太空。在约六英里的高空——喷气式飞机飞行的高度——气温通常在华氏-70度（约摄氏-57度）左右。在如此寒冷的条件下，氢气、氮气和氧气仍保持气态。然而，尽管水是由氧和氢构成的，它在这种低温下早已冻结。因此，当任何水蒸气上升到如此高的高度（即对流层）时，它会迅速冻结并重新降回地表。如果水蒸气没有冻结，而是继续上升，它将进入更高层的大气，在那里紫外线会将其分解为氧和氢。超轻的氢会迅速逃逸出地球大气层，再也无法返回，地球上的水资源会因此迅速枯竭。事实上，这种情况本可以在地球数十亿年前就发生，而生命也就永远无法在地球上诞生。
带有键长和键角的水分子。
科学家认为，这种情况很可能已经在金星上发生。由于金星距离太阳更近，它没有冷却的对流层，水因此无法形成保护性屏障，最终被完全耗尽。
水奇特性质的根源
水的种种奇特性质主要归因于H₂O分子中非常强的氢键。这种氢键是水具有高粘度、高表面张力和高极性的原因之一，而这些特性共同作用，使生命成为可能，并促使水完成许多我们从未深思的功能。水的极高表面张力仅次于汞这一液体。我们可以通过一些现象观察到这种特性，例如，水黾能够“行走”在池塘水面上，或者当我们往杯中倒水时，水面稍稍高出杯沿却不溢出的情况。水的高表面张力还使它比其他表面张力较低的液体更容易形成水滴。
登顿（Denton）指出，水的高粘度也尤其重要。然而，有谁会刻意关注水的粘度呢？尽管如此，正因为水具有恰到好处的粘度，它才能侵蚀岩石，而这对地球上的生命至关重要。多数人可能从未想到侵蚀作用会有任何积极意义，更不用说是地球生命繁荣的核心条件之一。但事实确实如此，而且意义深远。水的流动速度远快于粘度更高的液体，如橄榄油。当水流动时，它会夹带碎石和沙粒，这些颗粒像一种“砂纸”，对流经的岩石表面产生侵蚀作用。通过侵蚀岩石，水继续携带这些岩石颗粒以及矿物质和金属，将它们分散到所到之处。这一过程至关重要，因为这些重要的矿物质和金属成为水流经过之地土壤的一部分，而吸收这些水的植物因此获得存活所需的硝酸盐、镁以及其他矿物质。同样，喝这些水、吃这些植物的动物也从中获取了这些关键的矿物质和金属。如此循环往复。
然而，有谁会想到，水的粘度以及侵蚀岩石的能力，与远离其起源地的植物和动物的生存竟有如此紧密的关联？
水的溶解与侵蚀能力
水有着无与伦比的能力，几乎能够溶解它接触到的任何物质。因此，它被称为“万能溶剂”。这种性质源于水分子强大的极性。当水侵蚀它流经的岩石和土壤时，岩石和土壤中的许多物质最终会溶解，变成水中看不见的一部分，使水能够携带这些物质到比较大岩石颗粒或沙粒更远的地方。正如迈克尔·登顿（Michael Denton）所写：“很难想象有比水更理想的溶剂，用于溶解地壳中的重要矿物质。” 因此，水在流动中同时携带溶解的和未溶解的矿物质及金属，为无数生命形式提供了这些关键的成分。如果没有水，这些成分将无法被传递到需要它们的地方。
即使是水在冻结时体积增大的奇特性质，也对岩石的侵蚀起到了作用。当水渗入岩石的裂缝并冻结时，膨胀的冰会使岩石最终破裂。
然而，登顿指出，水侵蚀岩石的力量如此强大，本应在数百万年前将所有的山脉侵蚀殆尽，从而彻底摧毁地球上的生命。为了理解水侵蚀作用的惊人威力，我们可以考虑一个显著的例子——尼亚加拉大瀑布。千百年来，奔腾的水流使得坚硬的岩石被侵蚀，如今，瀑布的位置比仅仅一万两千年前向后移动了七英里。这是一个极具冲击力的例子，但数亿年的缓慢侵蚀，即便是最轻微的侵蚀，也会积累成巨大的变化。登顿提到，许多地方的侵蚀速度为每年2到10毫米，那么在一千万年里，侵蚀深度将达到两万到十万米。而珠穆朗玛峰的高度还不到一万米。
既然如此，为什么世界上的山脉没有被彻底磨平、融入海洋？为什么陆地生命能够存在四亿年，而海洋生命能够存活四十亿年？答案是直到20世纪60年代我们才刚刚有所了解的一个过程，也是一个令人惊叹的例子，展示了各种自然机制如何协作，创造出一种奇异地（甚至令人毛骨悚然地）精准的环境来支持生命。这一答案就是板块构造学说。
虽然水侵蚀岩石，但移动的大陆板块却在起相反的作用，不断地创造出新的山脉。例如，板块运动既维持了地球上气候和海拔的多样性，更重要的是，它确保了岩石和土壤中所有矿物质和金属的不断循环。登顿写道，板块构造解释了：
•为什么大陆能够存在并保持下去，
•为什么山脉不会最终被侵蚀到海平面以下，
•为什么水循环能够在数十亿年中不断补充地球水圈中的重要矿物质含量，确保陆地生命的延续，
•以及为什么海洋中的溶解盐分和矿物质从未被耗尽。
我们已经提到，水分子的奇特组成——强大的氢键和高极性——是大多数水特性的核心原因。但正是因为这种强大的氢键，水几乎无法被压缩，这一特性同样至关重要。医学科学表明，正因为水不易被压缩，血液才能被有效地输送到我们体内的每一条血管中，而血液的成分中有80%是水。事实上，水分子的特性使其压缩起来极为困难，即使在海平面以下一英里的深度，其体积也仅被压缩了1%。在超过五千英尺的水下压力下，我们几乎无法想象其巨大的重量。毕竟，水相当沉重：一加仑水的重量超过八磅。
如前所述，水的高表面张力、高粘度以及高抗拉强度使其能够完成许多至关重要的功能。正是因为这三种特性，树木才能通过极细微的毛细管道将水输送到最高的树梢，直到吸收阳光的叶片。通过光合作用，阳光照射到叶片后，激活其中的叶绿素，使水分解为氢和氧。氧气释放到大气中，为我们提供呼吸所需的氧气，而叶片吸收的二氧化碳与剩下的氢结合，生成糖分和其他碳水化合物，供给树木生长所需。由于水的特有粘度和高表面张力，水能够完美地渗透到各种土壤中，同时不会过快下渗，确保植物根系有足够的时间吸收水分。
地球上存在着无法想象的水资源——据统计约有326万亿亿加仑。这些水帮助地球维持稳定的空气温度。这是因为水具有极强的保热能力，或者说导热性很差。无论空气温度如何变化，水都能在相当长的时间内保持温度稳定。因此，当周围环境变热时，水起到冷却作用；而当环境变冷时，水则充当加热元素，缓解温度的剧烈波动。
阳光：巧合还是精妙设计？
安德鲁·帕克（Andrew Parker）是牛津大学格林坦普顿学院的访问研究员，领导着光子结构与眼睛研究团队，因此他对阳光颇有研究。在他的著作《创世密码》（The Genesis Enigma）中，帕克提到一个奇异的巧合，对他来说，这似乎几乎不可能，但毫无疑问，这不仅可能，而且已在地球上持续了近四十亿年。这个他无法释怀的“巧合”涉及到“太阳辐射的输出峰值与海水透明度的匹配”。
简单来说，帕克指出，太阳的辐射输出在电磁波谱中有一个峰值，而海水的透过能力在相应的电磁波谱中也有一个峰值。奇怪的是，这两个峰值都集中在一个非常窄的波长范围——可见光范围。他强调：“这一现象没有任何科学解释。” 考虑到太阳辐射输出波长范围的广阔，这个微小的波长区域恰好也是光最容易穿透海水的范围，实在是一个惊人的巧合。
阳光与生命的起源
为了更清楚地理解这个现象，我们需要回到约39亿年前地球上生命刚刚出现的时候。最初的生命形式是单细胞生物。（关于生命如何从非生命状态中产生的问题，我们将在下一章探讨，这里暂且不提。让我们先简单地考虑生命突然出现并开始繁衍的情景。）
科学告诉我们，在生命刚出现时，一个严峻的问题立刻浮现：地球上的能量（或者说“食物”）是有限的。这意味着经过数千万年，地球上的能量储备可能会被耗尽，导致生命的彻底灭绝。然而，事实是，生命在地球上已经存在了近四十亿年。显然，这个问题被某种方式克服了。那么，这究竟是如何发生的呢？面对地球上有限的能量供应，早期的生命是如何延续下来的？它们以什么为食？如果地球的能量是固定且有限的，生命的延续究竟靠的是什么？
早期生命如何解决能量问题
显然，那些最初的单细胞生物并不会为解决地球上能量耗尽的问题而操心。它们既没有自我意识，也不为延续物种或维持生命存在于未来而烦恼。然而，某种事件发生了，使得生命没有耗尽“燃料”，反而延续至今，历经近四十亿年。那么，到底发生了什么呢？
根据安德鲁·帕克的研究，在地球上最早的生命出现后不久，另一种新的生命形式随之出现，被称为蓝藻（cyanobacteria），又名“蓝绿藻”。蓝藻是一种极其微小的单细胞生物，但它们拥有一种奇特的能力，这是早期单细胞生物所不具备的。这种能力让蓝藻能够从地球之外获取能量。因此，地球上有限的能量资源不再成为问题，生命在地球上得以无限期地延续下去。那么，这些单细胞生物是如何做到这一点的呢？
答案是光合作用。通过这种惊人的能力，蓝藻能够利用太阳光这种地外能量来源。换句话说，它们能够将照射到水中的阳光转化为食物。这几乎就像它们有着长达9300万英里的“吸管”，直接从太阳中汲取能量。当然，这并不是真的需要吸管，因为蓝藻只需要漂浮在水中，阳光自然会照射到它们身上。通过光合作用，这些阳光被转化为食物，从而解决了能量问题。
然而，这也是我们不得不面对帕克所描述的那个让他震惊不已的“巧合”，一个如此奇特的现象，以至于他认为这绝不可能只是偶然。之所以如此，是因为蓝藻四十亿年前所拥有、并且至今仍然在使用的这种能力，之所以能够实现，完全依赖于两个同时存在、彼此毫不相关的离奇“巧合”。
每一个“巧合”都令人难以置信，而这两个“巧合”叠加在一起则更是令人震撼到无法理解，迫使我们不得不思考是否有某种更深层的机制在背后发挥作用。那么，让我们具体谈谈这两个令人费解的“巧合”。
两个令人难以置信的“巧合”
第一个“巧合”与阳光有关。安德鲁·帕克和迈克尔·登顿都解释过，太阳发出的电磁能量种类极其丰富，我们对阳光的熟悉只是这浩瀚能量的一小部分。太阳发出的电磁波谱包括波长较长的红外线、微波和无线电波，以及波长较短的紫外线、X射线和伽马射线。为了更直观地理解太阳电磁波谱的范围之广，可以想象一副扑克牌从地球延伸到最近的仙女座星系（Andromeda Galaxy）。在这几乎无限延伸的“扑克牌堆”中，可见光（即我们熟知的阳光）仅仅占据其中极其微小的一部分，就像牌堆中间的两三张牌。
然而，更加离奇的是，太阳发出的70%电磁能量居然恰好落在这个极窄的范围内，也就是牌堆中那两三张代表可见光的牌上。这一现象令人惊叹且匪夷所思，因为从科学的角度来看，并没有任何已知的理由可以解释为什么会是这样。这“仅仅是恰好如此”，而从地球生命的角度来看，这一现象是极为幸运的。
第二个奇怪的巧合
然而，这还不是全部。第二个完全不相关但同样离奇的“巧合”与海水有关。地球表面上的海水恰好具备一种奇特的性质：它能让阳光的可见光部分以惊人的效率穿透，而对太阳发出的其他大部分电磁能量却几乎完全吸收。这种特性没有任何科学解释，它只是海水的一种奇怪却真实的现象。
科学家发现，海水几乎会吸收太阳发出的所有其他电磁能量，无论是长波长的红外线、微波和无线电波，还是短波长的紫外线、X射线和伽马射线。但对于阳光——也就是可见光——海水却表现得截然不同：它不仅不吸收，反而允许阳光自由地穿透水体。
两个巧合的惊人结合
当这两个看似完全独立的巧合结合在一起时，我们不得不震惊于自然界的神奇设计。阳光发出的绝大多数能量恰好集中在可见光的极窄波长范围，而海水又恰好只允许这一波长的能量穿透自身。这两者的结合不仅令人困惑，也迫使我们去思考更深层次的问题：这一切仅仅是偶然吗？
正如迈克尔·登顿所总结的那样：
水在电磁波谱的所有区域都强烈吸收能量，唯独在可见光区域没有吸收。而这一区域，恰好是整个波谱中唯一对光生物学有用的部分。水，以自然界中最不可思议的幸运巧合之一，只允许那一极微小波长范围的光通过……
生命之源：光合作用与海水的神奇协作
海水几乎吸收了太阳发出的所有能量，唯独放行了那极其微小的光谱范围——我们称之为阳光。而阳光得以穿透海水，照射到其中的蓝藻（cyanobacteria）。这些蓝藻恰好具有一种能力：通过光合作用将阳光转化为食物。
迈克尔·登顿和安德鲁·帕克对此感到无比惊奇，因为太阳的辐射峰值与海水的透光峰值之间没有任何科学上的关联。它们彼此独立，各自占据电磁波谱中极其狭窄的一部分——如此微小，以至于几乎难以想象。但令人难以置信的是，它们无缘无故地完美契合，而正因为这一契合，近四十亿年前生命得以出现，今天生命得以延续。
也正是由于这一最奇特的巧合，蓝藻才能从远在9300万英里之外的太阳中汲取无限能量。而由于这两种看似不可能的现象的神奇结合，地球上的生命拥有了一个源源不断的能量来源。
光合作用的深远影响
这一发生在海水中的超乎寻常的现象，不仅仅是孤立的事件，它构成了地球上几乎所有生命循环的核心。蓝藻吸收阳光并进行光合作用的能力，为地球上的所有生命奠定了基础。帕克进一步解释道：
蓝藻不仅从环境中吸收了水分，还吸收了二氧化碳。作为回报，它们向大气中释放了氧气。而氧气丰富的大气环境对生命更为友好。此外，大气中形成的臭氧层有效屏蔽了太阳的高能紫外线——这种紫外线会摧毁生物材料，从而保护了地球表面的生命。
面对奇迹，我们该如何回应？
对于这些现象，不为之惊叹似乎不仅不合适，甚至显得有些无礼。在某些时刻，纯粹而毫不掩饰的震撼才是唯一恰当的反应。这是科学如今告诉我们的事实，但我们应当如何看待它们呢？为什么这些现象会如此精巧地为生命服务？这些似乎完美设计、精密调校的特性是如何形成的？
谦卑与科学的启示
这一切在许多方面令人深感谦卑。而更让人困惑的是，正是因为科学的最近进展，我们才得以理解这些现象。随着科学的发展，越来越多类似的“精细调节”被发现，这些发现堆积成了不可忽视的高山，即便有人可能因为某种原因不愿面对它，也很难将其忽略。
这里的讽刺意味几乎无法避开：科学的进步使得“成为一名心智满足的无神论者”变得越来越难。面对这一切，我们又该何去何从？
精密契合的不可思议
我们知道，阳光和海水并未自行校准，也不是自然选择赋予它们这些奇特的特性，更不是自然选择让它们彼此完美匹配。它们的契合就像两颗子弹在空中相撞，以如此精准的方式彼此抵消动能，一同垂直坠落。这种精密程度不亚于形成月球的那次宇宙撞击。如果那个事件或这一现象稍有偏差，地球上的生命便不可能存在。
思考与选择
我们能否注视这些事实足够长的时间，去真正领会其中的奇迹性？还是说，我们选择避而不见，假装从未了解它们？对于一个爱思考的人而言，这些问题或许最终会迫使我们谦逊地承认自己的局限，并思索生命和宇宙背后可能存在的深层含义。
