科學史話

來歷：科技日報

“地球的年紀是多少？”在400年前的歐洲，愛爾蘭人詹姆斯⋅烏雪是這個問題的公認威望。風趣的是，他并非是一位科學家，而是一名大主教。由于在科學革新之前，“地球的年紀”問題是與創世神話聯絡在一起的，因此，“地球的年紀是多少？”最開端是一個神學問題而非科學問題。

詹姆斯⋅烏雪擔任過全愛爾蘭天主教會的大主教，但對科學充溢愛好。他選用圣經年譜學的辦法，把圣經上記載的嚴重歷史事情依照時刻次序順次擺放出來，一起他還查閱了許多非基督教古代歷史文獻，將與圣經上記載相同的事情逐個符號年份。經過重復的比對和收拾，烏雪在他1645年出書的作品《烏雪年表》中，依據其時盛行的儒略歷核算，以為整個國際被天主發明于公元前4004年10月22日下午6時。

在啟蒙運動之后，基督教的威望現已岌岌可危了，后來的學者們紛繁選用愈加科學的辦法來核算地球的年紀。法國博物學家布豐盈集到了許多史前古生物化石，依據這些化石的年份，布豐估測地球的年紀超越7萬5000年。英國地質學家赫頓則提出了“均變論”，以為地球演化是一個雜亂綿長的進程，而咱們只能解說和剖析每個地質時期的詳細改變，可是無法估測起點和結尾。這種地質突變論的觀念后來被賴爾發揚光大，成為了其時的干流觀念。同為博物學家的達爾文估測一些地質改變的進程至少要經過三億年，而地球的實在年紀說不定遠大于此。

當博物學家和地質學家們束手無策的時分，回答這個問題的重擔落到了物理學家身上。19世紀50年代，由德國物理學家克勞修斯與英國物理學家開爾文勛爵別離提出的熱力學第二定律現已成為了學界的一致。依據熱力學第二定律，地球、太陽甚至整個國際都處在一種熱量耗散的進程中。依照這個理論，地球在誕生之初是一個高熱量的巖漿球，其溫度跟著時刻不斷下降，直到將熱量完全耗散掉變得完全嚴寒死寂。這樣一來，只需咱們知道了地球的初始溫度（也便是巖漿的溫度）、巖層的導熱系數以及地溫梯度，咱們就能依據公式核算出地球的年紀。

開爾文在1862年宣布了一篇名為《論地球的緩慢冷卻》的文章，他將巖漿的溫度設定為3870℃（實際上應該是700℃—1200℃），然后預算了導熱系數與地溫梯度的均勻值。開爾文終究核算成果是9800萬年，考慮到預算帶來的差錯，他提出地球的年紀大致在2000萬年到4億年之間。經過不斷準確參數，開爾文在之后的幾十年中不斷地修訂自己的核算成果，在1897年，他終究確認地球的年紀應該是2400萬年。

依照其時已知的物理學理論，開爾文的核算辦法是極其堅定的。不光地質學家們無法辯駁開爾文的觀念，就連像達爾文這樣巨大的博物學家也一度置疑自己提出的物種演化理論。可是，開爾文的核算辦法是建立在兩個根本假定之上的。榜首，地球內部沒有其他熱量來歷。第二，地球內部是一個均質的固體。只需這兩個假定是建立的，那么開爾文的核算辦法便是無懈可擊的。

科學史上許多巨大的發現都來自于意外。1896年，法國物理學家貝克勒爾意外地發現鈾鹽可以讓包在厚黑紙中的底片感光，證明鈾能發射出一種有穿透性的射線，這是人類榜首次觀測到了放射性現象。在兩年之后，聞名的皮埃爾⋅居里和瑪麗⋅居里配偶從瀝青鈾礦提煉出了兩種新的放射性的元素釙和鐳，而在1903年，居里配偶進一步檢測到了鐳元素在放射進程中會不斷發作熱量。與此一起，進入20世紀之后，科學家們經過研討地震波折射現象發現了地球內部并非均質的固體，而是分紅地殼、地幔和地心。至此，開爾文核算地球年紀的兩個假定悉數被證偽了。

歷史性的轉機發作在1904年。年逾八旬的開爾文勛爵參加了一場由英國皇家學會舉行的物理學會議，早已成為物理學界威望的他受到了一位年青物理學者的應戰，而這位應戰者正是開爾文晚年最滿意的學生——其時年僅33歲的盧瑟福。盧瑟福在會議上作了關于放射性增溫對預算地球年紀影響的陳述，以為地球內部的放射性元素所發作的熱量可以平衡地球本身的冷卻。這一對師生代表了世紀之初發作的兩種范式之間的交代，盧瑟福的研討從學理上推翻了開爾文的核算辦法，為后來者們拓荒了一種新的辦法，即經過測定放射性元素的衰變進程來確認地球的年紀。在1907年，美國化學家博爾特伍德以為鉛是鈾放射衰變的終究產品，提出了“鈾—鉛測定辦法”。在同位素被發現之后，這種辦法被科學家們進一步優化，由于鈾235和鈾238會別離衰變為鉛207和鉛206，所以在理論上，只需咱們知道一塊巖石中鉛和鈾的份額，咱們就可以核算出巖石的年紀。

所以，解決問題的要害變成了尋找到和地球一起構成的巖石。地表上的巖石都經歷過雜亂的地質運動，而隕石來自于太陽中的小行星，這些小行星是和地球在同一時刻構成的。在各式各樣的隕石之中，隕鐵的含鈾量極低，這就意味著，鈾衰變發作的鉛微乎其微。因此，隕鐵中的鉛鈾份額就與地球構成之初的份額近乎持平。美國地球化學家克萊爾⋅帕特森終究經過將隕鐵中的鉛鈾份額設定為初始值，將地球巖石中均勻的鉛鈾份額設定為終究值，核算得出地球的年紀在41億—46億年之間。精雕細鏤的帕特森對自己的丈量成果依舊不滿意，他又找來另一種和隕鐵性質近乎相反的石質隕石，即初始含鉛量極低，其間的鉛都是由鈾衰變而來。歸納兩個測定成果，帕特森在1956年終究得出地球的年紀為45.5?0.7億年。

科學研討總算告一段落，但故事并沒有完畢。在帕特森研討地球表面鉛散布的時分，他驚人地發現，進入20世紀之后的自然界中的鉛濃度添加速度猛然提高，遠遠高于曩昔幾十億年的堆集速度。人類工業污染，特別是化石燃料的焚燒是這些鉛的首要來歷。意識到這點之后，帕特森將后半生的首要精力都投入到了環境保護工作中。關于整個國際來說，地球僅僅漂浮在國際中的一顆藐小行星，可是關于人類來說，地球是咱們賴以為生的家鄉。每年的4月22日是國際地球日，這是一個為環境保護而建立的節日。科學理論可以核算地球這顆行星的年紀，可是作為咱們家鄉的地球需求人類用愛和良知來看護。