水是世上最簡單的化合物之一，氫-氧-氫三個原子以104.45度連結在一起就是一個水分子。可是，由於它的六軸對稱結晶結構，水結晶(雪)在不同的環境情況下會呈現不同的外貌，通過研究水結晶可以令科學家學會更多控制結晶生長的技術。大家請放心，我們今天談的不是結晶動力學，純粹是讓大家欣賞水結晶那完美對稱帶來的美感而已。
最基本的水結晶是六角柱體，下圖中紅色圓球代表氧原子，灰棒代表氫原子。原始形態的水結晶會不斷的吸收其他水分子而「長大」(就像Playstation 遊戲「塊魂」)，由於這種吸收水分子的動作是隨機的，也由於每塊結晶表面都有不同的吸收機率(隨物理結構和結晶缺憾而定)，所以雪花可以長成各種不同的形狀，這也是俗語「沒有兩塊雪花是相同的」背後的科學解釋
文首的那種六角形是一種常見的水結晶，我們可以用碎形幾何來解釋為什麼它會長成這個樣子。在六角的基礎結晶上，根據一種簡單的三分原則(每次生長都往三個方向，以大約各 30度長出分枝)，考慮每個結晶面遇上水分子的機率再加上空間限制，結果就是上圖這完美對稱的雪花。這結構當然漂亮，但只是在特定物理條件下或然地出現的結果。通過控制環境條件，科學家可以大概地控制結晶過程，在顯微鏡下的水結晶會呈現出不同的美態，是一種特別的藝術品呢!
(各式不同的水結晶)
---------------我是小知識的分隔線 ---------------
有關水的小知識：
1. 或許大家也看過冰刺(在冰箱裡自製冰塊時出現的東西，見圖)，但為什麼本來平靜的冰會長出刺來呢?
(冰刺)
下圖是一個冰格的示意圖。小冰格四周的水會先凝結成冰，然後這些冰會慢慢向內生長。由於冰的密度比水低，所以結冰的過程會增加水的內壓，壓力去到臨界點就會衝破冰層而變成冰刺。有興趣的朋友不妨在自家的冰箱做這個實驗，使用純水(蒸溜水)的成功率會比較高，因為自來水裡的離子會降低水的冰點，影響長出冰刺的機率。
(冰刺生長示意圖)
--------------------------------
2. 在《生命的答案，水知道》一書中，作者「報告」說水就像有生命一樣在不同環境下會產生不同的結晶。例如讓水看到「愛與感謝」，它會呈現瑰麗完美的六角形結晶；看到「混蛋」，形成扭曲醜陋的樣貌；聽到貝多芬的水，結晶光燦暈華；聽到重金屬音樂，水結晶竟凌亂毀損。這些結晶證明了水會閱讀也帶有生命的訊息。其實，水結晶純粹是一種物理化學反應，跟「愛」或「感謝」一點關係也沒有。Libbrecht 教授看過那本書後也嘗試作類似的實驗，結果發現無論怎樣對那些水(讚美/咒罵、聽不同的音樂等)都不會影響它的結晶。因為結晶完美，所以認為水有生命的學說更站不住腳，其實完美的結晶只是千中選一的結果，絕大部份結晶都有它不完美的地方，只是大家未能仔細去看而已。
(不完美的結晶)
參考資料:
