關(guān)于地球年齡的測量，先說一個著名物理學(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，如果一個物理學(xué)家與其他學(xué)科的科學(xué)家就一個科學(xué)問題發(fā)生爭執(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年出生于英國一個知識分子家庭他是個神童，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年被英國王室授予第一個開爾文男爵的稱號可是，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，剩下的只是一些簡單的修補雖然他提到物理學(xué)的天空中還飄著兩朵烏云，但他認(rèn)為這只是兩個小問題，短時間內(nèi)就可以完全解決事實證明他大錯特錯20世紀(jì)初，那兩朵烏云成為物理學(xué)的兩座嶄新的大廈，分別是相對論和量子力學(xué)這一尷尬事件甚至被許多國家寫進(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烏龍是他對地球年齡的錯誤估計他用熱力學(xué)的方法估算了地球的年齡:假設(shè)地球最初是一個巨大的火球，伴隨著時間的推移，這個火球從外到內(nèi)逐漸冷卻，從而變成了今天的樣子，而這個冷卻時間就是地球的年齡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，聲稱地球的年齡實際上約為2400萬年

你可能會疑惑:為什么兩篇論文的結(jié)果有天壤之別這是因為開爾文勛爵中途意識到，基于當(dāng)時的物理理論，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。

美國著名電視劇《生活大爆炸》中的謝爾頓是一個相當(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，他對物理學(xué)史了解不多因為趕走開爾文勛爵的人是一群地質(zhì)學(xué)家

你可能會問，這些地質(zhì)學(xué)家是怎么計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，我們可以計算出形成這一層巖石所需要的時間把每層巖石的形成時間加起來，我們就可以估算出形成整個沉積巖地形所用的時間那些地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為這個時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，他們計算出的數(shù)字明顯大于開爾文勛爵公布的結(jié)果舉兩個例子，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)了兩種對立的觀點開爾文勛爵認(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，法國物理學(xué)家安東尼·貝克雷爾第一個發(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)這三個人還分享了1903年的諾貝爾物理學(xué)獎

順便說一句本來評委會只打算把這個獎頒給安東尼·貝克雷爾和皮埃爾·居里但皮埃爾·居里非常愛他的妻子，堅持要把居里夫人列為獲獎?wù)撸駝t他不會去瑞典領(lǐng)獎在咨詢了貝克雷爾的意見后，評獎委員會作出如下決定:貝克雷爾獨自獲得1/2獎金，居里夫婦各獲得1/4獎金

1903年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者

多虧了皮埃爾·居里的堅持，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)最為激烈事實上，他們甚至通過授予盧瑟福諾貝爾化學(xué)獎來報復(fù)他

20世紀(jì)初，人們知道放射性元素的一些原子核會自發(fā)衰變?yōu)槠渌氐脑雍?，從而減少放射性元素的質(zhì)量。

1907年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了一個非常奇妙的現(xiàn)象:對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)有很大的實用價值例如，如果一件古董含有放射性元素，我們可以通過測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)時鐘來衡量古代物體的年齡事實上，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量，還是一個懸而未決的問題

下一個做出重要貢獻(xiàn)的人是英國地質(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)該對鈾235很熟悉，因為它后來成為制造原子彈的主要原料鈾235具有放射性，可以自發(fā)衰變?yōu)殂U207，更重要的是，鈾235的半衰期長達(dá)7億年所以可以作為測量地球年齡的理想時鐘

通過測量古代巖石中鈾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·布朗也對地球的年齡產(chǎn)生了興趣但他意識到這是一個大洞，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)這個坑，布朗騙他說這個課題小菜一碟結(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。

人們過去通過測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，我們可能會大大低估地球的年齡

彼得森另辟蹊徑，提出了一個非常大膽的猜想:那些從太空墜落的隕石，其實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，這些隕石實際上和地球一樣古老

這樣，只要用霍姆斯的方法精確測量這些隕石存在了多少年，就可以計算出地球的年齡這個異想天開的想法，像天上飛來的仙女，為解決地球時代的世紀(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際測量過程中，彼得森遇到了一個大麻煩:隕石樣本一接觸空氣，樣本中的鉛含量就會立即顯著上升，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無菌實驗室他在無菌的實驗室里精心挑選了古代隕石的樣本，并精確測定了其中鈾和鉛的比例七年后，他的努力終于有了回報

1955年，彼得森在一次學(xué)術(shù)會議上正式宣布，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，人類終于測出了地球的年齡

再說幾句彼得森吧因為測量地球年齡并不是彼得森一生的頂點

成名后，彼得森開始關(guān)心另一個問題: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

從那時起，彼得森開始了保護(hù)環(huán)境的長期斗爭他經(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)費此外，它還不斷向加州理工學(xué)院董事會施壓，要求彼得森丟掉工作

這幾乎是一個不可能完成的任務(wù):一個普通人要獨自對抗一個龐大的利益集團(tuán)幸運的是，彼得森沒有放棄在他的不斷呼吁下，環(huán)保意識在美國民眾心中逐漸覺醒1970年，美國國會提出了清潔空氣法案1986年，美國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