在日常生活中,我們想要知道一個(gè)人的年齡只要知道他的出生年月日就可以;想要知道一個(gè)文明延續(xù)了多久,只需要從文獻(xiàn)中找到記載即可。
然而,想要知道地球的年齡,對(duì)于人類(lèi)而言是一件非常困難的事情。這是因?yàn)樵诘厍騽倓傉Q生之初,地球上沒(méi)有任何生命,自然也沒(méi)有留下任何痕跡和記載,以至于在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間,關(guān)于地球年齡的說(shuō)法眾說(shuō)紛紜。
而現(xiàn)如今,科學(xué)家們通過(guò)一系列的計(jì)算發(fā)現(xiàn),地球誕生于45.5億年前,宇宙誕生于138億年前,那么問(wèn)題來(lái)了:為什么沒(méi)有一個(gè)人從地球誕生一直活到現(xiàn)在,科學(xué)家就敢斷定地球已經(jīng)有45.5億年的歷史。
測(cè)算地球年齡
其實(shí),測(cè)算地球年齡這件事很早之前就有人做過(guò),不過(guò)他們依照的并不是科學(xué)研究,而是《圣經(jīng)》,這其中的翹楚是愛(ài)爾蘭大主教厄謝爾,1658年,厄謝爾通過(guò)《圣經(jīng)》里的紀(jì)年研究發(fā)現(xiàn),地球誕生于公元前4004年10月22日。
在當(dāng)時(shí),宗教承擔(dān)著解釋世界萬(wàn)物運(yùn)作的工作,所以這一說(shuō)法很快地在信徒中傳播開(kāi)。但這種說(shuō)法很快被當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們質(zhì)疑(在當(dāng)時(shí)科學(xué)家們并不稱(chēng)呼自己為:科學(xué)家,而是自然哲學(xué)家)。
后來(lái),羅伯特·胡克通過(guò)化石研究發(fā)現(xiàn),化石并不是與某些生物長(zhǎng)相很像的石頭,而是本來(lái)就是生物的遺骸,在地質(zhì)變化中被埋藏在地球內(nèi)部,直到被重新發(fā)掘出來(lái),而這一過(guò)程絕不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單幾千年的時(shí)間就可以完成的。
博物學(xué)家布封認(rèn)為,地球很可能是彗星從太陽(yáng)中扯出一小塊融化的物質(zhì),然后形成了地球。但有一個(gè)問(wèn)題是,太陽(yáng)中的物質(zhì)溫度異常地高,當(dāng)這些物質(zhì)降落到地球表面時(shí),需要非常長(zhǎng)的冷卻時(shí)間。
布封通過(guò)計(jì)算像地球這么大的熔融物質(zhì),想要冷卻到現(xiàn)有溫度需要多久,根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示,地球至少有75000年的歷史。盡管這一數(shù)字和現(xiàn)如今科學(xué)家們計(jì)算的數(shù)據(jù)不符,但已經(jīng)是從科學(xué)角度思考問(wèn)題,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)論證答案的先驅(qū)。多說(shuō)一句,有人說(shuō)牛頓也曾經(jīng)這樣計(jì)算過(guò)地球年齡,不過(guò)由于這種測(cè)量方法存在較大的誤差,因此沒(méi)有被采納。
除了布封之外,萊伊爾、赫頓、開(kāi)爾文勛爵等都想要測(cè)量地球的年齡,但受限于時(shí)代他們都沒(méi)能真正測(cè)算出地球真實(shí)的年齡,直到放射性測(cè)定年代法的出現(xiàn)。
放射性測(cè)定年代法
早在1896年時(shí),亨利.貝克勒爾就發(fā)現(xiàn)了放射性狀。以鈾為例,鈾的原子核較大,其攜帶的質(zhì)子較多,質(zhì)子都是帶正電的,由于同種電荷相排斥,會(huì)使得鈾原子核變得不穩(wěn)定,直到鈾原子核發(fā)生解體,釋放出高能電子或電磁波,解體之后的鈾原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)會(huì)減少,原子序數(shù)變小,因此,會(huì)衰變成鉛。
盧瑟福就發(fā)現(xiàn),雖然我們不知道鈾何時(shí)會(huì)裂變成鉛,但是放射性物質(zhì)有自己的衰變周期,我們只需要知道一個(gè)物質(zhì)的放射性周期,再根據(jù)該元素的混合物以及它的衰變物,比如:鈾會(huì)衰變成鉛,科學(xué)家們需要知道這些物質(zhì)的比例,再根據(jù)該元素的衰變周期就可以計(jì)算出它的年齡。(實(shí)際工作非常復(fù)雜,涉及的專(zhuān)業(yè)非常多)。
不同的放射性物質(zhì)的半衰期是不同的,但科學(xué)家們可以從實(shí)驗(yàn)室中計(jì)算出它的半衰期。盧瑟福敏銳的感覺(jué)到放射性測(cè)年法可以被當(dāng)做地質(zhì)鐘,于是他在1904年測(cè)量了一份鈾樣本,結(jié)果得出結(jié):地球有5億年的歷史。
現(xiàn)如今我們知道,這種說(shuō)法也是不正確的。直到美國(guó)曼哈頓計(jì)劃的提出,人類(lèi)才真正地測(cè)算出了地球的年齡。
我們知道,曼哈頓計(jì)劃就是制造原子彈,原子彈的原理也是核裂變,為了制作原子彈,科學(xué)家們必須精確分辨出鈾的同位素,這樣才能生產(chǎn)出純鈾235樣本。
當(dāng)科學(xué)家們能夠準(zhǔn)確分辨鈾的同位素時(shí),就能夠通過(guò)放射性測(cè)年法來(lái)測(cè)量地球的年齡。最終在1953年時(shí),克萊爾.彼得森通過(guò)一塊鐵隕石測(cè)出地球年齡45.5億年。
之所以要使用隕石測(cè)量地球年齡,是因?yàn)榈厍蚪?jīng)常發(fā)生板塊運(yùn)動(dòng),火山運(yùn)動(dòng)以及生物運(yùn)動(dòng),使得地球上的巖石不斷被重塑。隕石是太陽(yáng)系剛剛形成之初的物質(zhì),它沒(méi)有被破壞,因此它的年齡最為古老,由此可以計(jì)算出地球剛形成時(shí)的年齡。