论太阳对人类的恩赐，能量不是关键，关键是熵，阳光的熵

　　万物生长靠太阳，这是一句俗语，非常贴切。不过想要理解其中的奥秘，还真不容易，多多少少要懂一点量子力学的常识。
　　如果人类离开太阳，说实话，基本上就意味着灭绝。
　　能量，并不是很重要
　　地球上的生物圈已经发展成了一个精密的系统，每一个物种都要依靠其它物种生存，即使是食物链底层的植物，也要靠各种动物传播种子、花粉。
　　食物链的本质是能量传递的链条，食物网的本质是能量传递的网络。仅从生物圈来看，不同物种之间传递的能量的最终来源是植物。
　　一般来说，植物是联系生物圈和无机世界的桥梁，植物之所以如此特殊，还是因为一个独特的过程：光合作用。
　　光合作用说白了就是在利用太阳的能量，植物的能量来源于太阳光，生物圈中其它物种的能量来源于植物。
　　如果考虑光合作用产生的氧气，太阳的作用就更明显了，没有氧气，人类很快就会灭绝。
　　可以说出这句话：
　　光，是生命之源。
　　那么，太阳对生物圈的作用就是在提供能量吗？
　　不完全是。
　　提供能量确实是太阳的一个作用，不过并不是最关键的作用，如果考虑整个地球的能量输入和输出，会发现地球的能量几乎不变。
　　太阳时刻在进行核聚变反应，发出各个波段的光，阳光照到地球上确实给地球提供了能量，不过有一件事情经常被人忽略：
　　地球也在不断散热！
　　不管是太阳传给地球的能量，还是地球散失的能量，都是以电磁辐射（光）的形式传递的，这种能量传递的直观影响就是地球的温度变化，热是能量传输的基本形式。
　　关于地球以电磁辐射（光）的形式散失热量，其实也有不少内容可以谈。由原子构成的物体，只要温度高于绝对零度（零下273。15摄氏度），就会发出红外线。
　　也就是说，你能感知的一切物体都在不断释放红外线，同时也在不断吸收其它物体释放的红外线。恒温，一直都是一个动态平衡的过程。
　　地球的温度基本没什么大的变化，虽然一些地方有四季变化，但是北半球的冬天是南半球的夏天，南半球的冬天也是北半球的夏天。这说明地球吸收和放出的热量基本相等，否则地球的温度就会不断升高，生命也无法存活。
　　不仅如此，其实地球散失的热量基本也来源于太阳，没有太阳疯狂输入能量，地球也不会疯狂散热。
　　如果只看能量，你会发现太阳在做无用功。
　　熵，才是重点
　　生命以负熵为生。
　　虽然物理学中有一条让人很失望的定律，热力学第二定律（熵增定律）：孤立系统的熵，只增不减。熵，可以用无序的程度衡量。生命，却表现出有序。
　　不过这并没有妨碍生命的诞生，因为熵增定律只适用于孤立系统。
　　一个系统，一旦与外界有物质或能量交换，就可能导致熵减。当然，这并不绝对，系统与外界的物质或能量交换也可能会加快熵增。
　　想要导致熵减，就需要获取低熵的物质或能量。否则，就算系统与外界有物质或能量交换，也不会有熵减。
　　一个直观的例子就是：人需要呼吸、吃饭，才能活着。烤火虽然也能给人提供能量，但是人不能只靠烤火活着。这其中最关键的因素就是熵。
　　将这些物理规律套用到现实世界中，地球并不是一个孤立系统，太阳时时刻刻在向地球传输能量，而且是低熵的能量，这才让地球上有生命诞生。
　　生命的诞生和演化受到多种条件影响，不过最底层的原理就是：
　　生命以负熵为生。
　　对于地球上的生命来说，负熵或低熵的来源就是太阳。
　　上文提到过，太阳传给地球能量，地球也在散失能量。同样是能量，输入和输出的能量基本相同，但是，熵变了。太阳给地球的能量，是短波辐射。地球散失的能量，是长波辐射。
　　短波和长波指的是电磁波的波长，短波辐射的熵更小。也就是说，地球在吸收低熵的电磁辐射，排出高熵的电磁辐射，熵在减小，生命得以诞生。
　　短波辐射不是生命诞生的充分条件，但绝对是生命诞生的必要条件。
　　至于为什么短波辐射的熵更小？
　　这需要看一看量子力学的常识了，其实也不需要涉及到真正的量子力学，只需要看一看普朗克公式：
　　可以认为电磁辐射有最小单元，也就是光子，普朗克公式就是在描述单个光子的能量。电磁辐射的波长越短，频率就越高，单个光子的能量也就越大。
　　其实不管是太阳传给地球的电磁辐射，还是地球散失的电磁辐射，都不只包含一种频率的电磁波。所谓的短波辐射和长波辐射只是统计上的意义。
　　考虑单个光子能量的平均值，短波辐射更大。
　　上文说过，地球吸收和释放的能量基本相等。再考虑到短波辐射的单个光子具有更大的能量，可以发现：
　　短波辐射包含的光子比长波辐射更少！
　　光子越少，熵就越小，没错，光也有熵。太阳的短波辐射就是低熵的光，维持着地球上的生命系统。
　　熵，到底是什么？
　　很多读者可能会好奇：
　　光子少，怎么就代表熵更小？
　　这和熵的定义有关，熵可以用下面这个公式定义：
　　（理解这个公式需要一点对数的知识，不懂对数也没关系，在这里只需要知道V越大，S也越大，反之亦然。）
　　我们需要小心对待上面式子里的相空间的体积，这里的体积有些模糊，不过可以借助一些简单的例子直观感受。
　　比如墨水在水中的扩散：
　　如果我们一开始就选择了一个墨水分子（暂且这么称呼），那么这个墨水分子可能会在杯子里的哪个位置出现？
　　这个问题的答案，取决于墨水占据了哪些区域。凡是墨水占据的区域，都是选中的那个墨水分子可能出现的位置。随着时间的推移，墨水占据的区域越来越大，选中的那个墨水分子可能出现的位置也越来越多，这就和熵增一样。
　　墨水分子可能出现的位置的体积，也就是墨水占据的区域的体积，就相当于上面公式里的相空间的体积。
　　在这里需要了解一下构形空间。
　　为了简化问题，在下面的分析中，不考虑墨水分子的转动和振动。
　　一个墨水分子的构形空间是三维空间，三个维度分别表示这个墨水分子的三个空间坐标。
　　如果考虑两个墨水分子，构形空间就是六维空间，每个墨水分子的空间坐标都占据了三个维度。也就是说，如果有n个墨水分子，构形空间就是3n维空间。
　　把【每一个墨水分子可能出现的位置的体积】相乘，就是构形空间的体积，已经可以表示熵的大小。
　　可以把构形空间看成是相空间的简化版本，构形空间的体积也可以表示熵的大小，所以大家应该可以看出：
　　墨水分子越多，构形空间的体积越大，熵越大。
　　回到电磁辐射，光子也可以用相空间描述，光子越多，相空间的体积越大，熵越大。
　　这就是光子越少，熵越小的根本原因。
　　离开太阳去流浪？
　　如果人类离开了太阳这个低熵源，还能存活吗？
　　我个人对人类的存活并没有多少信心，虽然宇宙中还有数不胜数的恒星，但是都离地球太远了，失去了低熵源，生命撑不了多久。
　　不知道大家怎么看？