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地球年齡接為45.5億歲,這是怎麼測出來的?一場超越百年的爭論
2023/04/10

我們總說地球的年齡為45.5億歲,然而人類文明只有不足萬年,我們又是如何得知地球年齡的呢 ?

從19世紀開始,科學家們就在思考一個問題,那就是地球到底是在何時形成的,在人類文明出現之前,我們腳下的這顆巖質行星到底已經存在了多久?最先對這個問題給出了一個明確答案的人是物理學家開爾文。開爾文在整個人類的科學史上有著舉足輕重的地位,他一生發表了660多篇科學論文,為熱力學第一定律和第二定律的建立作出了重大貢獻,而他測定地球年齡的方法也是基于熱力學為出發點的。

開爾文認為,地球形成之初是一個巨大的火球,之后隨著時間的推移,慢慢地從外向內冷卻,最終變為了現在的這副模樣。

既然如此,想要推算地球的年齡就非常簡單了,只需要計算這個巨大的火球冷卻所需的時間,就能夠推算出地球的年齡,于是開爾文設計了一個理論模型,計算出了地球的年齡為2到4億歲,這是1862年的事情。 很快,開爾文就發現了問題,因為按照當時的理論,太陽的壽命只有不足1億年,顯然他的計算是錯誤的。

1897年,開爾文修改了自己的理論模型,重新計算出的地球年齡為2400萬歲。

開爾文的研究獲得了很多物理學家的支持,但地質學家們卻并不買賬,他們認為相比基于熱力學的研究,將關注點放在地球的巖石上會更加有效。地球上廣泛存在著一種巖石,就是沉積巖,這種巖石是通過地質沉積逐漸形成的,越下層的沉積巖,年代就越久遠,因此只需要計算出各層沉積巖形成所需的時間就能最終計算出地球的年齡。

很多地質學家都提出過有關地球年齡的觀點,其中比較著名的一個就是塞繆爾·霍頓,他計算得出的地球年齡為23億歲。

至此,關于地球年齡的爭論達到了一種平衡,物理學家和地質學家們誰也說服不了誰,直到一個人的出現才打破了這種平衡,這個人就是物理學家歐內斯特·盧瑟福。很多物理學家都有看不起其它學科的毛病,而盧瑟福的這種毛病最為嚴重,他甚至認為世界上的所有科學都可以分為兩類,即物理學和集郵,也就是說除了物理學之外,其它學科都和集郵處于同一水平線上。

以盧瑟福的性格,物理學連地質學都無法擊敗,是難以容忍的,于是他開始著手解決這場爭論。

1907年,盧瑟福發現,所有放射性元素都存在著一個半衰期,也就是說一種放射性元素衰變到一半時所花的時間是固定不變的,比如某種放射性元素從200克衰變到100克需要10年,那麼從100克衰變到50克也是需要10年。 盧瑟福的研究具有跨時代的意義,足以獲得諾貝爾獎,但因為他極度藐視其它學科,幾乎得罪了其它學科的所有科學家,特別是化學家,所以最終給他頒發了一個諾貝爾化學獎,而非物理學獎。

既然放射性元素的半衰期是一個完全固定的時間標尺,那麼只需要研究古老礦石中放射性元素的衰變情況就可以準確推算出地球的年齡了,于是盧瑟福按照這種方法最終計算得出的地球年齡為7億歲。

怎麼與現在的數據差了這麼多?這是因為再古老的礦石也是在地球形成之后才逐漸形成的,想要找到一個與地球同時形成的礦石是非常困難的,怎麼辦呢?可以從隕石入手,因為這些來自天外的石頭更有可能是在太陽系形成之初便存在的。于是1955年,地球化學家克萊爾·彼得森通過研究隕石中放射性元素的衰變情況而最終確定了地球年齡為45.5億歲。

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