關(guān)于地球年齡的測(cè)量，先說一個(gè)著名物理學(xué)家被打臉的故事。

在所有自然科學(xué)中，物理學(xué)無疑是最難也是最能揭示世界本質(zhì)的。

換句話說，如果一個(gè)物理學(xué)家與其他學(xué)科的科學(xué)家就一個(gè)科學(xué)問題發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)，通常是物理學(xué)家笑到最后但凡事總有例外物理學(xué)家也被其他學(xué)科的科學(xué)家狠狠地打臉英國(guó)著名物理學(xué)家開爾文勛爵就是被狠狠打臉的典型例子之一

開爾文勛爵，原名威廉·湯姆孫，1824年出生于英國(guó)一個(gè)知識(shí)分子家庭他是個(gè)神童，10歲考上格拉斯哥大學(xué)，22歲成為格拉斯哥大學(xué)教授在他的一生中，他發(fā)表了660多篇科學(xué)論文

更重要的是，他是熱力學(xué)的開創(chuàng)者之一，為熱力學(xué)第一定律和第二定律的建立做出了巨大貢獻(xiàn)此外，他還發(fā)明了后來以他的名字命名的絕對(duì)溫標(biāo)這使他成為19世紀(jì)最著名的物理學(xué)家之一

開爾文勛爵

除了在學(xué)術(shù)界享有盛名，湯姆森還是一位非常成功的企業(yè)家他成立了一家專門生產(chǎn)和銷售自己發(fā)明的導(dǎo)航羅盤的公司，很快，這家公司成為英國(guó)海軍最大的供應(yīng)商，讓他賺得盆滿缽滿此外，他還成立了一家電力公司，因此，他的家成了格拉斯哥第一座有電燈的房子更重要的是，他領(lǐng)導(dǎo)一家公司，成功鋪設(shè)了第一條橫跨大西洋的海底電纜

由于他在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的杰出貢獻(xiàn)，威廉·湯姆孫于1892年被英國(guó)王室授予第一個(gè)開爾文男爵的稱號(hào)可是，人們更習(xí)慣于稱他為開爾文勛爵

當(dāng)然，沒有黃金，人無完人開爾文勛爵也制定了兩個(gè)烏龍球最著名的烏龍發(fā)生在世紀(jì)之交的1900年

在那年的一次演講中，開爾文爵士公開宣稱物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，剩下的只是一些簡(jiǎn)單的修補(bǔ)雖然他提到物理學(xué)的天空中還飄著兩朵烏云，但他認(rèn)為這只是兩個(gè)小問題，短時(shí)間內(nèi)就可以完全解決事實(shí)證明他大錯(cuò)特錯(cuò)20世紀(jì)初，那兩朵烏云成為物理學(xué)的兩座嶄新的大廈，分別是相對(duì)論和量子力學(xué)這一尷尬事件甚至被許多國(guó)家寫進(jìn)了初中課本，開爾文勛爵至今仍被世人恥笑

開爾文勛爵制造的另一個(gè)烏龍是他對(duì)地球年齡的錯(cuò)誤估計(jì)他用熱力學(xué)的方法估算了地球的年齡:假設(shè)地球最初是一個(gè)巨大的火球，伴隨著時(shí)間的推移，這個(gè)火球從外到內(nèi)逐漸冷卻，從而變成了今天的樣子，而這個(gè)冷卻時(shí)間就是地球的年齡1862年，他發(fā)表了一篇論文，聲稱地球的年齡在2億到4億年之間1897年，他發(fā)表了另一篇論文，聲稱地球的年齡實(shí)際上約為2400萬年

你可能會(huì)疑惑:為什么兩篇論文的結(jié)果有天壤之別這是因?yàn)殚_爾文勛爵中途意識(shí)到，基于當(dāng)時(shí)的物理理論，太陽最多只能燃燒幾千萬年于是他修改了自己的理論模型，從而大大降低了地球的年齡

可是，很快一群意想不到的人跑了出來，毫不留情地一拳打在開爾文勛爵的臉上。

美國(guó)著名電視劇《生活大爆炸》中的謝爾頓是一個(gè)相當(dāng)自負(fù)的理論物理學(xué)家，喜歡貶低除理論物理之外的其他學(xué)科他特別鄙視地質(zhì)學(xué)，甚至公開宣稱地質(zhì)學(xué)根本不是真正的科學(xué)顯然，他對(duì)物理學(xué)史了解不多因?yàn)橼s走開爾文勛爵的人是一群地質(zhì)學(xué)家

你可能會(huì)問，這些地質(zhì)學(xué)家是怎么計(jì)算地球年齡的答案是通過觀察一些古老的沉積巖

沉積巖

在地球上，有一種非常重要的巖石類型叫做沉積巖沉積巖的結(jié)構(gòu)是層狀的，越往下的沉積巖越古老通過研究某一層巖石的沉積速率，我們可以計(jì)算出形成這一層巖石所需要的時(shí)間把每層巖石的形成時(shí)間加起來，我們就可以估算出形成整個(gè)沉積巖地形所用的時(shí)間那些地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為這個(gè)時(shí)間大約是地球的年齡

許多地質(zhì)學(xué)家用這種方法估算過地球的年齡，他們計(jì)算出的數(shù)字明顯大于開爾文勛爵公布的結(jié)果舉兩個(gè)例子，查爾斯·達(dá)爾文在《物種起源》第一版中宣稱，地球的年齡至少有3億年，劍橋大學(xué)三一學(xué)院的地質(zhì)學(xué)家塞繆爾·霍頓甚至聲稱，地球的年齡高達(dá)23億年

這樣，關(guān)于地球的年齡就出現(xiàn)了兩種對(duì)立的觀點(diǎn)開爾文勛爵認(rèn)為地球的年齡只有2400萬年左右地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為地球的年齡至少有幾億年

雙方一直說公平合理，婆婆說合理但是在1907年，一個(gè)男人的出現(xiàn)徹底打破了天平的平衡

為了說清楚，我先告訴你什么是放射性所謂放射性，是指一些不穩(wěn)定的原子核自發(fā)發(fā)出一些射線，然后衰變?yōu)橐恍┓€(wěn)定的原子核的現(xiàn)象1896年，法國(guó)物理學(xué)家安東尼·貝克雷爾第一個(gè)發(fā)現(xiàn)鈾具有放射性

兩年后，皮埃爾·居里和瑪麗·居里發(fā)現(xiàn)釙的放射性更強(qiáng)這三個(gè)人還分享了1903年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

順便說一句本來評(píng)委會(huì)只打算把這個(gè)獎(jiǎng)?lì)C給安東尼·貝克雷爾和皮埃爾·居里但皮埃爾·居里非常愛他的妻子，堅(jiān)持要把居里夫人列為獲獎(jiǎng)?wù)?，否則他不會(huì)去瑞典領(lǐng)獎(jiǎng)在咨詢了貝克雷爾的意見后，評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)作出如下決定:貝克雷爾獨(dú)自獲得1/2獎(jiǎng)金，居里夫婦各獲得1/4獎(jiǎng)金

1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者

多虧了皮埃爾·居里的堅(jiān)持，居里夫人才沒有被歷史埋沒1907年，打破平衡的人終于出現(xiàn)了他就是歐內(nèi)斯特·盧瑟福，英國(guó)著名的物理學(xué)家

在物理領(lǐng)域，盧瑟福是出了名的看不起其他學(xué)科他曾經(jīng)說過這樣一句名言:世界上所有的科學(xué)不是物理就是集郵言下之意，和物理學(xué)相比，其他自然科學(xué)和集郵是一個(gè)層次的這句話得罪了很多其他學(xué)科的科學(xué)家，其中化學(xué)家反應(yīng)最為激烈事實(shí)上，他們甚至通過授予盧瑟福諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)來報(bào)復(fù)他

20世紀(jì)初，人們知道放射性元素的一些原子核會(huì)自發(fā)衰變?yōu)槠渌氐脑雍耍瑥亩鴾p少放射性元素的質(zhì)量。

1907年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常奇妙的現(xiàn)象:對(duì)于所有的放射性元素來說，它們的原子核衰變到只有一半的時(shí)間是固定的比如100公斤的一種放射性元素衰變到只有50公斤，50公斤同樣的放射性元素衰變到只有25公斤，用的時(shí)間完全一樣

歐內(nèi)斯特·盧瑟福

盧瑟福的發(fā)現(xiàn)有很大的實(shí)用價(jià)值例如，如果一件古董含有放射性元素，我們可以通過測(cè)量這種放射性元素與最終衰變的元素之間的比率來確定古董的年齡

換句話說，我們可以用放射性元素的半衰期作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘來衡量古代物體的年齡事實(shí)上，無論是開爾文勛爵的熱力學(xué)方法，還是地質(zhì)學(xué)家的沉積巖方法，與這種利用放射性元素半衰期的方法相比，其測(cè)量精度都要差得多

通過研究一些古老礦物的衰變，盧瑟福發(fā)現(xiàn)地球至少有7億年的歷史這個(gè)結(jié)果宣告了地質(zhì)學(xué)家的勝利

更重要的是，盧瑟福的發(fā)現(xiàn)為測(cè)量地球年齡指明了方向只要能找到地球上最古老的巖石，然后利用一種放射性元素的半衰期計(jì)算出它的年齡，就可以估算出地球的年齡當(dāng)然，應(yīng)該用哪種放射性元素來測(cè)量，還是一個(gè)懸而未決的問題

下一個(gè)做出重要貢獻(xiàn)的人是英國(guó)地質(zhì)學(xué)家阿瑟·霍姆斯霍姆斯主要關(guān)注鈾235，這是鈾的一種同位素大家應(yīng)該對(duì)鈾235很熟悉，因?yàn)樗髞沓蔀橹圃煸訌椀闹饕镶?35具有放射性，可以自發(fā)衰變?yōu)殂U207，更重要的是，鈾235的半衰期長(zhǎng)達(dá)7億年所以可以作為測(cè)量地球年齡的理想時(shí)鐘

通過測(cè)量古代巖石中鈾235和鉛207的比例，霍姆斯在1927年發(fā)表了一篇文章，聲稱地球的年齡在16億到30億年之間1946年，他又發(fā)表了一篇文章，聲稱地球的年齡應(yīng)該在30億年以上

1948年，芝加哥大學(xué)的地質(zhì)學(xué)教授哈里森·布朗也對(duì)地球的年齡產(chǎn)生了興趣但他意識(shí)到這是一個(gè)大洞，不想愚蠢地跳進(jìn)去因此，布朗把確定地球年齡的任務(wù)交給了他的博士生克萊爾·彼得森為了讓彼得森跳進(jìn)這個(gè)坑，布朗騙他說這個(gè)課題小菜一碟結(jié)果彼得森被騙進(jìn)來了

克萊爾·彼得森

本世紀(jì)難題的終結(jié)者登上了歷史舞臺(tái)。

人們過去通過測(cè)量地球的年齡來尋找一些特別古老的巖石但問題是，那些所謂的古老巖石，其實(shí)是在地球誕生后很久才形成的換句話說，如果我們只研究地球上的巖石，我們可能會(huì)大大低估地球的年齡

彼得森另辟蹊徑，提出了一個(gè)非常大膽的猜想:那些從太空墜落的隕石，其實(shí)是太陽系形成初期遺留下來的建筑材料，太陽系最原始的化學(xué)成分仍然殘留在其中換句話說，這些隕石實(shí)際上和地球一樣古老

這樣，只要用霍姆斯的方法精確測(cè)量這些隕石存在了多少年，就可以計(jì)算出地球的年齡這個(gè)異想天開的想法，像天上飛來的仙女，為解決地球時(shí)代的世紀(jì)難題帶來了真正的曙光

當(dāng)然，成功之路往往并不平坦在實(shí)際測(cè)量過程中，彼得森遇到了一個(gè)大麻煩:隕石樣本一接觸空氣，樣本中的鉛含量就會(huì)立即顯著上升，換句話說，這些樣品很容易被空氣中的鉛污染為了解決這個(gè)問題，彼得森在他工作的加州理工學(xué)院建立了世界上第一個(gè)無菌實(shí)驗(yàn)室他在無菌的實(shí)驗(yàn)室里精心挑選了古代隕石的樣本，并精確測(cè)定了其中鈾和鉛的比例七年后，他的努力終于有了回報(bào)

1955年，彼得森在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上正式宣布，地球的確切年齡為45.5億年結(jié)果到現(xiàn)在也沒有大的變化經(jīng)過近百年的努力，人類終于測(cè)出了地球的年齡

再說幾句彼得森吧因?yàn)闇y(cè)量地球年齡并不是彼得森一生的頂點(diǎn)

成名后，彼得森開始關(guān)心另一個(gè)問題:為什么大氣中有這么多鉛通過研究不同年代格陵蘭島的雪層，他發(fā)現(xiàn)大氣中的鉛含量在1923年突然急劇增加那一年，美國(guó)的三家巨無霸公司成立了一家合資企業(yè)，名為乙基汽油公司，開始在世界各地銷售含鉛汽油

從那時(shí)起，彼得森開始了保護(hù)環(huán)境的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)他經(jīng)常公開抨擊乙基汽油公司，呼吁政府盡快立法禁止銷售含鉛汽油

乙基汽油公司的反擊非常激烈它利用各種關(guān)系阻止彼得森獲得更多的研究經(jīng)費(fèi)此外，它還不斷向加州理工學(xué)院董事會(huì)施壓，要求彼得森丟掉工作

這幾乎是一個(gè)不可能完成的任務(wù):一個(gè)普通人要獨(dú)自對(duì)抗一個(gè)龐大的利益集團(tuán)幸運(yùn)的是，彼得森沒有放棄在他的不斷呼吁下，環(huán)保意識(shí)在美國(guó)民眾心中逐漸覺醒1970年，美國(guó)國(guó)會(huì)提出了清潔空氣法案1986年，美國(guó)政府禁止所有含鉛汽油的銷售經(jīng)過幾十年的艱苦奮斗，彼得森終于笑到了最后