/ 生命与逝去
故事的起点是生命的消逝。科学定义的生命，是一种纯粹的物质存在：它能维持体内稳态，拥有生命周期，能对环境刺激作出反应，并具备自我复制（繁殖）与进化的能力，是一个半开放的物质系统。
但生命的诞生或终结，却往往能“隔空”触动其他生命——以一种非物质交换的方式发生效应。举个贴近生活的例子：至亲的离世，除了带来深刻的情绪冲击，还会引发肾上腺素分泌紊乱、胸闷乃至心痛。一夜白发我未曾经历，但听老人们常说，丧偶后的前三年是道“坎”，尤其对独居男性而言。这仿佛意味着，一个生命的消亡，可以通过某种无形的渠道影响另一具躯体。至于背后机制如何？我思考许久，仍无头绪。或许，量子力学能提供一些线索。
/ 负熵与生命
说到量子力学，不得不提薛定谔先生。没错，就是那位既提出了薛定谔方程与“薛定谔的猫”，又与狄拉克共享 1933 年诺贝尔物理学奖的“薛大师”。他在 1944 年出版的《生命是什么》中提出：生命体通过不断从环境中吸收“负熵”，来抵抗热力学第二定律所指向的熵增趋势，从而维持内部的有序与稳定，并借此实现生命的延续。
那什么是熵呢？直白点说，它表征的是一个孤立系统的“混乱程度”。举几个例子：冰箱插上电，能把乱跳的水分子逐渐排整齐，降低熵；一团气体若全部原子都处于基态时熵最小，若处于激发态则熵更大；未开机的电脑，逻辑门全是“0”，熵极小；开机后，门电路里既有“0”又有“1”，熵随之上升。所以，熵既是温度的写照，也是混乱度和信息量的度量。
对于电器而言，“吸收负熵”就是电子走一圈，有的能量变成热，有的用来做功。对于生命来说，吸收负熵其实就是进食——只是食物大多原本也曾是生命。唯有植物和藻类例外，它们能借助光合作用，仅凭阳光、水与矿物质维持低熵状态。而这里的关键在于：太阳光也是低熵的。
这听起来似乎违背直觉——太阳不是一个炽热的大火球吗？但这里所谓“低熵”，指的是单位太阳辐射能流所带的熵（可称“熵能密度”）。换句话说，温度越高，单位能量所携带的熵越低。于是，地球上的生命无论位于食物链底端还是顶端，最终都依赖于太阳光这种低熵能量的馈赠。
/ 不同恒星的光与生命
那么问题来了：不同温度的恒星，光的熵是否也不同？如果不同，它们孕育的生命会不会也各不相同？
从公式上看，熵增量dS=dQ/T，dQ表示系统吸收或放出的热量，T是系统的绝对温度。温度越高的恒星，辐射单位能量所含的熵流越小。这一事实，具体到宜居带的行星表面情况，就有趣了。
宜居带的定义是行星能接收到与地球相当的能量通量（约 1361 W/m²）。因此，不论是 A 型星还是 M 型星，其宜居带的中心位置都确保了行星表面接收的能量通量与地球相似。但由于熵能密度随恒星温度升高而减小，高温恒星的宜居带行星接收到的熵通量更低。举例：A 型恒星宜居带行星接收的熵通量约为地球的 0.5 倍，M 型恒星则约为 2 倍。
这会对生命有何影响呢？虽然严肃的结论需要生物学家和物理学家共同探讨，但我们可以做点“不严肃”的推测。以人类为例：体内储存能量除以代谢功率，大致能支撑十天不进食，和“人饿十几天极限”相符。类似估算，大象是 7 天，老鼠是 2 天，虽然不同，但没有数量级的差距。由此，我大胆猜想：在 M 型恒星的宜居行星上，如果顶级生命要维持“10 天极限”，由于代谢速度（受熵通量影响）高出一倍，那么它们的体型可能需要更大；反之，在 A 型恒星宜居带，体型可能更小。
于是，假如未来真有星际航行，也许我们会发现：在炽热大恒星的宜居世界里，生活着小矮人，而在红矮星的宜居行星上，却遍布巨人。
/ 人类文明与熵
再看地球。如果没有人类，只考虑辐射交换：地球接收高温低熵的太阳光子，再将其以低温高熵的红外辐射发射出去，整体上地球的熵会减少。
但加入人类活动呢？
人类文明和活动程度与能量利用的规模有关。前苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出用能量把文明分成三个等级：I型、II型和III型。I型文明能使用其所在行星所有可用的能量，II型文明利用其“太阳”所有的能量，III型文明则利用它所处星系的所有能量。为将文明等级进一步量化，美国天文学家卡尔·萨根给出了一个公式，其中P是它使用的电力（以瓦为单位），K是卡尔达肖夫指数。地球文明目前大约在0.73型左右。
从煤炭到风电、光伏、潮汐能，我们在建设大量绿色能源设施。传统的火力发电，是燃烧古代生命遗骸释放热量，必然增熵。而风电、潮汐能等，看似“绿色”，其实仍然是在把有序的大尺度能量（风的流动、潮汐起伏）转化为电能和热能，过程中依旧产生熵。
随着绿能利用的规模不断提升，人类的卡尔达肖夫指数逐渐上升，风会更弱，浪会更平，地球或许会加速走向“静寂”。虽说极限不会出现（总有温差就有气流，总有潮汐力就有浪花），但能源大规模开发是否会对地球系统带来不可逆的影响？一旦人类活动带来的熵增加超过地球“辐射—散热”带来的熵减，地球的整体熵就会走向上升。
换句话说，即使没有温室气体效应，随着全球能耗的增加，也可能推动地球温度升高与熵的增加。在天文研究进入多信使时代的今天，如果有办法能测量行星或恒星的熵通量，也许能直接获悉文明是否存在及其等级。
/ 外星文明与观测
那么，如果是跨入II型、III型的外星文明呢？它们在利用恒星甚至整个星系的能量时，是否会留下“熵的痕迹”？这样的痕迹是否有可观测的天文现象？
戴森球就是一个经典设想：包围恒星的巨大球形构造，捕获几乎全部的恒星辐射能量。问题是，这样一来，我们在搜寻系外行星时就会遇到麻烦：恒星可能被全部或部分遮蔽，导致完全看不到恒星，或者恒星光度下降，行星探测参数被误判。
对此，我提个思路：若某恒星的光谱型与表面重力与太阳类似，但光度显著偏低，而其他物理机制都无法解释，那不妨考虑“戴森球”这种可能。别忘了叫上我合作研究，哈哈。
当然，戴森球也骗不过一切。比如微引力透镜法，只依赖质量产生的光弯曲，不受光度影响。如果透镜效应发现了行星，但其他方法统统失败，也许不是观测错了，而是遇到了戴森球。
遗憾的是，通过微引力透镜发现的行星系统大多距离地球十分遥远，往往难以及时获取恒星参数，更遑论开展视向速度测量。正因如此，我和一位学生着手对太阳系附近高自行恒星进行检索，尝试预测在未来50年内它们是否可能对背景恒星产生可观测的微引力透镜效应。结果令人惊喜：我们共找到了9个候选事件，其中有3例在现有观测条件下就具备探测潜力。最有前景的一次预计将在2033年发生，事件持续约44天，最大亮度变化可达0.25星等。更难得的是，该前景恒星本身亮度在11等左右，完全处于可精确测量恒星参数并开展视向速度跟踪的范围内，也许能为我们判断这颗恒星周围是否存在戴森球提供一次难得的机会。
/ 火与文明
两个月前在《三联生活周刊》读到一篇超级山火的报道，才意识到，即便没有人类，山火也会发生，是生态竞争的一部分。人类尝试压制小规模山火，结果却引发更大规模、无法控制的灾难。森林大火会把大量固定下来的碳释放为二氧化碳，加剧温度上升，改变雨旱季分布，反过来催生更多火灾，进入正循环。有学者因此提出，我们正进入“火新世”。
有趣的是，宇宙中“火”极为稀罕。火焰意味着充足的碳与氧，而这几乎是生命的标志。换言之，也许外星文明若在远方观测到北美洲的森林大火，反而能由此推断出地球存在生命与文明。
/ 结语
据说薛定谔曾说过，生命是一场美丽的巧合，是宇宙在奔向熵极大死寂的路途上，为自己创造的观众。
而我想说，生命的确是一场美丽的巧合。它不仅属于物质的层面，也延伸至精神的维度。于是，在这条奔向死寂的道路上，生命不只是旁观的观众，更是亲历其中的旅人，也是最终挥手告别的存在。
本文所有图片均出自AI。
作者简介 /
王炜，中国科学院国家天文台研究员，博士生导师。主要从事太阳系外行星搜寻，刻画和系外生命探寻等领域的研究，发表文章60余篇，引用1100多次。近年来主要负责中国6米级深空紫外光学天文台项目的推进工作。