科学史话

来历：科技日报

“地球的年纪是多少？”在400年前的欧洲，爱尔兰人詹姆斯⋅乌雪是这个问题的公认威望。风趣的是，他并非是一位科学家，而是一名大主教。由于在科学革新之前，“地球的年纪”问题是与创世神话联络在一起的，因此，“地球的年纪是多少？”最开端是一个神学问题而非科学问题。

詹姆斯⋅乌雪担任过全爱尔兰天主教会的大主教，但对科学充溢爱好。他选用圣经年谱学的办法，把圣经上记载的严重历史事情依照时刻次序顺次摆放出来，一起他还查阅了许多非基督教古代历史文献，将与圣经上记载相同的事情逐个符号年份。经过重复的比对和收拾，乌雪在他1645年出书的作品《乌雪年表》中，依据其时盛行的儒略历核算，以为整个国际被天主发明于公元前4004年10月22日下午6时。

在启蒙运动之后，基督教的威望现已岌岌可危了，后来的学者们纷繁选用愈加科学的办法来核算地球的年纪。法国博物学家布丰盈集到了许多史前古生物化石，依据这些化石的年份，布丰估测地球的年纪超越7万5000年。英国地质学家赫顿则提出了“均变论”，以为地球演化是一个杂乱绵长的进程，而咱们只能解说和剖析每个地质时期的详细改变，可是无法估测起点和结尾。这种地质突变论的观念后来被赖尔发扬光大，成为了其时的干流观念。同为博物学家的达尔文估测一些地质改变的进程至少要经过三亿年，而地球的实在年纪说不定远大于此。

当博物学家和地质学家们束手无策的时分，回答这个问题的重担落到了物理学家身上。19世纪50年代，由德国物理学家克劳修斯与英国物理学家开尔文勋爵别离提出的热力学第二定律现已成为了学界的一致。依据热力学第二定律，地球、太阳甚至整个国际都处在一种热量耗散的进程中。依照这个理论，地球在诞生之初是一个高热量的岩浆球，其温度跟着时刻不断下降，直到将热量完全耗散掉变得完全严寒死寂。这样一来，只需咱们知道了地球的初始温度（也便是岩浆的温度）、岩层的导热系数以及地温梯度，咱们就能依据公式核算出地球的年纪。

开尔文在1862年宣布了一篇名为《论地球的缓慢冷却》的文章，他将岩浆的温度设定为3870℃（实际上应该是700℃—1200℃），然后预算了导热系数与地温梯度的均匀值。开尔文终究核算成果是9800万年，考虑到预算带来的差错，他提出地球的年纪大致在2000万年到4亿年之间。经过不断准确参数，开尔文在之后的几十年中不断地修订自己的核算成果，在1897年，他终究确认地球的年纪应该是2400万年。

依照其时已知的物理学理论，开尔文的核算办法是极其坚定的。不光地质学家们无法辩驳开尔文的观念，就连像达尔文这样巨大的博物学家也一度置疑自己提出的物种演化理论。可是，开尔文的核算办法是建立在两个根本假定之上的。榜首，地球内部没有其他热量来历。第二，地球内部是一个均质的固体。只需这两个假定是建立的，那么开尔文的核算办法便是无懈可击的。

科学史上许多巨大的发现都来自于意外。1896年，法国物理学家贝克勒尔意外地发现铀盐可以让包在厚黑纸中的底片感光，证明铀能发射出一种有穿透性的射线，这是人类榜首次观测到了放射性现象。在两年之后，闻名的皮埃尔⋅居里和玛丽⋅居里配偶从沥青铀矿提炼出了两种新的放射性的元素钋和镭，而在1903年，居里配偶进一步检测到了镭元素在放射进程中会不断发作热量。与此一起，进入20世纪之后，科学家们经过研讨地震波折射现象发现了地球内部并非均质的固体，而是分红地壳、地幔和地心。至此，开尔文核算地球年纪的两个假定悉数被证伪了。

历史性的转机发作在1904年。年逾八旬的开尔文勋爵参加了一场由英国皇家学会举行的物理学会议，早已成为物理学界威望的他受到了一位年青物理学者的应战，而这位应战者正是开尔文晚年最满意的学生——其时年仅33岁的卢瑟福。卢瑟福在会议上作了关于放射性增温对预算地球年纪影响的陈述，以为地球内部的放射性元素所发作的热量可以平衡地球本身的冷却。这一对师生代表了世纪之初发作的两种范式之间的交代，卢瑟福的研讨从学理上推翻了开尔文的核算办法，为后来者们拓荒了一种新的办法，即经过测定放射性元素的衰变进程来确认地球的年纪。在1907年，美国化学家博尔特伍德以为铅是铀放射衰变的终究产品，提出了“铀—铅测定办法”。在同位素被发现之后，这种办法被科学家们进一步优化，由于铀235和铀238会别离衰变为铅207和铅206，所以在理论上，只需咱们知道一块岩石中铅和铀的份额，咱们就可以核算出岩石的年纪。

所以，解决问题的要害变成了寻找到和地球一起构成的岩石。地表上的岩石都经历过杂乱的地质运动，而陨石来自于太阳中的小行星，这些小行星是和地球在同一时刻构成的。在各式各样的陨石之中，陨铁的含铀量极低，这就意味着，铀衰变发作的铅微乎其微。因此，陨铁中的铅铀份额就与地球构成之初的份额近乎持平。美国地球化学家克莱尔⋅帕特森终究经过将陨铁中的铅铀份额设定为初始值，将地球岩石中均匀的铅铀份额设定为终究值，核算得出地球的年纪在41亿—46亿年之间。精雕细镂的帕特森对自己的丈量成果依旧不满意，他又找来另一种和陨铁性质近乎相反的石质陨石，即初始含铅量极低，其间的铅都是由铀衰变而来。归纳两个测定成果，帕特森在1956年终究得出地球的年纪为45.5�0.7亿年。

科学研讨总算告一段落，但故事并没有完毕。在帕特森研讨地球表面铅散布的时分，他惊人地发现，进入20世纪之后的自然界中的铅浓度添加速度猛然提高，远远高于曩昔几十亿年的堆集速度。人类工业污染，特别是化石燃料的焚烧是这些铅的首要来历。意识到这点之后，帕特森将后半生的首要精力都投入到了环境保护工作中。关于整个国际来说，地球仅仅漂浮在国际中的一颗藐小行星，可是关于人类来说，地球是咱们赖以为生的家乡。每年的4月22日是国际地球日，这是一个为环境保护而建立的节日。科学理论可以核算地球这颗行星的年纪，可是作为咱们家乡的地球需求人类用爱和良知来看护。