先理解這個概念：溫度升高，水分子活躍，一個個水分子都生龍活虎的不想和別人靠的太近，分子間距大了，密度低了。溫度降低，反之。問題出現了：為什麼在4度密度最大，再降溫反而密度不進則退了，我是不是在坑你？不是的，要知道，水在液體狀態下不像氣態，不是一個個分子漂浮著，他們彼此之間都有互相牽制的力量，在4度左右，一個比較重要的力就是hydrogen bonding 氫鍵。還沒解決問題啊？現在就有點不太好懂了，我儘量說簡單點，多分子的構成結構呢有很多種比如拿水來說，同樣幾個水分子他們會有不一樣的構成形式一種呢可以叫做expanded shape（擴張態）一種呢可以叫做condensed shape（壓縮態）相同數量的水分子由於溫度和其他因素（暫時不考慮其他因素）會傾向於其中某一種形態在擴張態下，相同數量的水分子，佔的空間大，密度低壓縮態，反之關鍵的問題來了，大家都知道冰比液態水密度低，是因為在冰，也就是固體狀態下，水分子把這個特性發揮到了極致，不像液體一樣，在固體狀態下，水分子非常有規律的排列著自己，一塊冰具有這種規律的排列可以非常宏觀的理解成一個“擴張態”的水分子集合，這種擴張和高溫下的水的擴張不一樣，是有規律的固體冰晶結構到現在，兩個因素控制水分子怎麼排列自己：1. 溫度2. 狀態（液態還是固態）在溫度降低接近4度時，更多的水分子喜歡在壓縮態待著，在～3.984度的時候，絕大部分水分子都是壓縮態，這個時候佔用體積最小，密度最大溫度繼續下降接近冰點但是還沒到的時候，水分子準備為冰的lattice結構做準備：於是，一些水分子開始脫離壓縮態，往這種冰晶的結構變化，所以佔用的體積開始變大，密度開始變低。4度剛好成為了這麼兩個因素互相抵消的一個轉折點，於是水的密度在這裡變得最大。