日常生活中，水蒸氣凝結成小水滴是非常常見的現象。尤其是新冠病毒爆發，很多人被迫戴上了口罩，眼鏡結霧這個問題給我們帶來很多的困擾。本文就與您探討一下這個就發生在我們眼前奇妙過程的微觀物理學原理。
一、水分子的結構
水的性質源自其特殊的分子結構。水（化學式：H2O）在標準狀況下，水在液體和氣體之間保持動態平衡。室溫下，它是無色，無味，透明的液體。水分子的三個原子形成104.5度角。
每個氫原子和氧原子之間的鍵，叫共價鍵，通過分享一對電子形成。由於氧比氫爭奪電子的能力要強，因此，共價鍵氧的一側帶負電(-)，氫的一側帶正電(+)。
液態水中的分子並不是獨立的分子狀態。由於氫鍵的作用，水分子會手拉手形成分子團的結構。這些氫鍵也會隨時斷開，形成游離的氫離子和氫氧根離子，但是這些離子馬上會跟附近的氫離子或者是氫鍵結合，這是在水中一直在動態發生的過程。
如果您就此以為，氫鍵是一種很弱的相互作用力，那您就大錯而特錯了。因為電磁力與萬有引力相比，非常強大，地球這樣大的一個行星對一個電子產生的引力，還不到一個質子對其核外電子產生引力的百分之一。萬有引力的作用在水分子氫鍵之間的作用力面前，完全可以忽略不計。
二、泳鏡裡的水霧
鏡片上的小水滴是由水蒸氣凝結成的，不同的情況下，水分子的來源不同。比如遊泳的時候戴泳鏡，水分子主要是來自皮膚的蒸發，我們越賣力氣地划水，皮膚蒸發出來的汗水就越多。
泳鏡內就像一個小的桑拿浴，裡面溼熱，而周圍的水卻清涼，外面的水不斷將泳鏡的鏡片冷卻，泳鏡中溫熱的水分子碰上清涼的鏡片就會釋放出熱量，用物理學的話說就是分子熱運動的速度會降低，釋放出動能，並被鏡片與水分子之間的引力拉住附著在鏡片上。
隨著附著在鏡片上水分子的增加，相鄰的水分子開始多了起來，水分子之間的吸引力要大於水分子與鏡片之間的引力，於是水分子就開始聚集成一個小水滴，並且儘可能的努力變成一個球形。多數情況下是類似一個半球，因為這些小水滴除了表面張力，還受到鏡片的吸引力。
由於不斷有水分子努力突破那個球形表面，但相鄰的水分子同時努力把它們往回拉，所以這個小水滴的表面總是非常的光滑，並向鏡片表面彎曲。相鄰的微小水滴之間如果相遇還會合併，由於表面張力讓水分子向內聚集，這些小水滴就會變成更大一些的小水滴。
需要注意的是，蒸發和凝結過程是同時在進行的。泳鏡內的水蒸氣分子的運動速度要比鏡片上小水滴的運動速度快，所以凝結的過程要比蒸發的過程快。如果是在一個開放空間中，這種過程就會逆轉，水的蒸發速度超過凝結的速度，濺射在桌面上的小水滴會很快蒸發掉。
這些小水滴的直徑非常小，通常在10~50微米之間。由於重力無法與小水滴與鏡片之間的摩擦力相抗衡，所以這些小水滴不能自己流淌下去。這就是我們不得不經常擦拭泳鏡的原因。
汽車風擋玻璃以及眼鏡片上的結霧過程與遊泳鏡內的水霧結霧過程是一樣的，只是，水分子的來源不同。它們主要來自我們呼吸過程中吐出的水蒸氣。
三、為什麼結霧之後的鏡子看東西會模糊？
這些大致均勻分布在鏡片上的小水滴會象透鏡一樣折射和反射光線。當我們戴著起霧的眼鏡看向遠處的時候，光線就會被這些小水滴折射，然後再進入我們的眼睛。無數的小水滴構成了無數個小折射鏡，這些小透鏡打亂了遠處的圖像，所以我們只能看到一片模糊的影像。
玻璃上的小水滴能夠折射光線是因為其呈現出來的半球的形狀。對於可見光來說，水分子的直徑比較小，可見光的波長比較長，所以可見光能夠幾乎無損耗地穿過水分子組成的網格，直到遇到新的界面發生折射。
少部分光線在入射到水分子表面的時候，能夠被反射。水分子之間的表面張力使得這裡的水分子要比液體內部的水分子更活躍，表面水的導電性要更強，有很多的氫氧鍵中的共享電子處於能量較高的狀態，這些電子會在不同的氫氧鍵之間移動，形成少量的受到部分限制的可移動電子。
可見光的光子能量還不足以使這些電子逃離水面的束縛，光會被反射出去。由於小水滴附著在玻璃的表面，就像一個個的小半球扣在玻璃上，所以它們的反射光也是沒有固定的方向的。這也是為什麼，有霧氣的鏡子不能照出清晰人影的原因。
結束語
水蒸氣在鏡片上凝結成小水滴的過程就發生在我們的眼皮底下，只是它們的體積實在是太小了，我們無法看到這些有趣的細節。在水分子的世界裡，雖然我們熟悉的引力仍然在發揮著作用，但是當它們只是很小的一團的時候，起主導作用的是氫鍵的作用。