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今天,科学界普遍接受的地球年龄是45.4±0.5亿年。相对于只有几千年文明史的人类而言,这个时间看上去真太遥远了。纵使加上从古猿到人的发展历史,其在地球演化过程中所占据的时间也不到千分之一。

仅有如此短暂历史的人类文明又是通过何种方法窥探出了地球如此漫长的年龄呢?这些方法和手段是科学且合乎逻辑的吗?这些问题也一直萦绕在大多数人的脑海中。

图 地球年龄与人类发展时间对比,改自Google earth

其实在过去数千年的时间里,不同行业的人,包括神学家、哲学家、物理学家、地质学家、化学家等等,已经多次尝试用不同的方法去推算地球的年龄,而得到的结果也大相径庭。

一、神学

我们中国的神话故事认为世界起源于盘古开天辟地,之后女娲创造了人类。

那盘古开天地又是什么时候发生的呢?三国时期的张揖写道:“天地设辟,人皇以来至鲁哀公十有四年,积二百七十六万岁”。简单来说就是他认为盘古开天辟地发生在276万年前。但他推算的依据又是什么呢?现今的我们已很难去寻觅。

如果我们假设女娲造人就发生在盘古开天地后不久,人类先祖(猿人)的诞生时间似乎可以简单代表盘古开天地的时间?

图 人类进化图解,引自今日头条

在学术界一般认为中国最早的古人类是直立人,而中国境内发现的最早的直立人化石分布在云南元谋县(因而被称为元谋人),通过磁性地层学定年发现元谋人可能存在于距今170万年前。

图 元谋人牙齿化石,引自胡承志,1973

这暗示着盘古开天辟地就发生在170万年前吗?显然这样的推算在今天的我们看来是不合理的,因为在人类存在之前,地球上就出现过许多的史前生物,比如曾经的世界霸主——恐龙。

图 恐龙样貌假想图,引自今日头条图库

相反,西方的《圣经》则认为世界是上帝创造的,之后上帝又创造了亚当和夏娃,最后才有了人类。

图 上帝,亚当和夏娃,引自今日头条图库

那上帝又是什么时候创造出世界的呢?17世纪西方有个大主教James Ussher通过研究《圣经》和一些史书推算出上帝是在公元前4004年10月22日傍晚创造了世界。简单来说就是他认为世界诞生于约6000年前。由于当时基督教在西方占据了统治地位,这个结果也得到宗教界的广泛认可,并于1701年起被印在了英国出版的《圣经》中。

图 旧版圣经,引自今日头条图库

二、科学的初探索

但当时西方的启蒙先驱却并不相信这个结果,因为他们认为地球应该是自然形成的,不可能是上帝直接创造出来的。而由于害怕受到宗教界的迫害,这个在当时看上去“离经叛道”的观点也就只能烂在许多西方启蒙先驱的肚子里。

尽管如此,仍然有部分人在私下跳出了上帝创造世界的思维框架去推算地球年龄。1644年法国的笛卡尔就设想地球可能最初是一颗炽热的恒星;英国的惠斯顿的观点也大抵相似,他提出太阳和彗星撞击后形成了太阳系,同时部分炽热的熔岩产物冷却后便形成了地球。

图 初始地球可能为炽热的恒星,引自网络

这些观点给其他人推算地球年龄指示了一个独特的思考方向:地球的年龄是不是可以通过计算地球从初始温度冷却到现今温度所需要的时间来推算呢?

法国的布封沿着这个方向做了一系列实验,他首先将一组直径不同的铁球加热至近融化的状态,然后测量这些铁球冷却到室温所需要的时间,结果发现直径越大的铁球所需的冷却时间也越长。接着他将铁球的直径外推到地球大小,算出地球从熔融状态冷却到现今温度至少需要96000年。

图 初始似熔岩海的地球逐渐冷却为现今温暖地球,改自唐春安等,2021

那这个96000年的年龄估算合理吗?显然也不合理,因为布封的类推方法存在很多的前提假设。比如他认为地球自诞生至今一直处于单调冷却的过程,而现今的我们知道地球内部其实存在大量的放射性元素,这些放射性元素在自发进行衰变过程中也会释放热量。此外,地球的初始温度也是一个很难被确定的值。