太阳活动对人类的影响总结（论太阳对人类的恩赐）

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？

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