地球年齡有多大（下）

方舟子

留美學者，生物化學博士smfang@yahoo.com

　　放射性現象的發現不僅推翻了此前物理學家對地球年齡的低估，而且讓準確測定地球年齡成為可能。

放射性現象的發現純屬意外。1896年，法國物理學家貝克勒爾（1852-1908）在準備實驗時，驚訝地發現鈾鹽已讓包在厚黑紙里的底片感光，表明鈾鹽發射出能穿透黑紙的射線。兩年后，皮埃爾·居里（1859-1906）和瑪麗·居里（1867-1934）夫婦發現釷元素也能發出類似的射線，把這種現象命名為“放射性”。之后，居里夫婦發現了兩種具有放射性的新元素——釙和鐳。

盧瑟福和索迪（1877-1956）一起為放射性年齡測定奠定了理論基礎。他們發現放射性現象是由于元素的自發衰變造成的。在衰變過程中，一種元素變成了另一種較輕的元素，同時發射出射線。一種放射性元素的衰變速率是固定的。這樣，如果知道了某種放射性元素的衰變速率和衰變產物，就可以根據衰變產物的量計算出用了多長的時間產生這些產物。

盧瑟福在1905年首先想到了可以用這種辦法來測定巖石的年齡。當時，他已經知道鈾、鐳發射出的阿爾法射線其實就是氦，那么，通過測量巖石中鈾和氦的比例，以及鈾產生氦的速率，就可以知道巖石的年齡。用這個辦法，他測定兩塊巖石的年齡大約是5億年。盧瑟福謹慎地指出，這只是下限，因為有一部分氦可能從巖石中逃逸了，導致測定的氦含量比實際的要少，測定的巖石年齡也就偏小。

在同一年，美國化學家波爾特伍德（1870-1927）注意到鉛總是出現在含鈾和釷的礦石中，推測鉛是鈾和釷衰變的最終產物。在盧瑟福的建議下，波爾特伍德開始通過測量鈾礦石中的鉛含量來計算巖石的年齡。他測了26份巖石樣本，發現它們的年齡在4億到22億年之間。這表明地球的年齡至少是22億年。

波爾特伍德的結果于1907年發表在地質學雜志上。盡管這個測定結果符合地質學家的預想，他們卻對此沒有什么興趣。地質學家對物理學家、化學家闖入他們的領域的舉動仍保持戒心。波爾特伍德沒有做進一步的研究，后來患了抑郁癥，自殺身亡。盧瑟福的興趣也轉移到其他方面。

在其他人都放棄的時候，只有英國地質學家霍姆斯（1890-1965）堅持了下來。早在1911年霍姆斯還是一名本科生時，就開始用鈾－鉛法測定巖石的年齡，并測出最古老巖石的年齡是16億年。此后，隨著對放射性現象、放射性同位素的研究的深入，霍姆斯一直在改進其測量結果。但是直到進入20年代，霍姆斯的工作才逐漸受到重視。此時，地質學家已發現地層的沉積速度并不是恒定的，因此想根據現在地質變化的速率來精確地算出地球的年齡是不可能的，只能借助放射性方法。1931年，美國科學院指定一個委員會專門研究地球年齡的測定問題，由霍姆斯執筆的委員會報告認定放射性年齡測定法是測定地球年齡的唯一可靠的方法。

有關放射性測定法的爭議消失了，接下來就是如何盡可能準確地測定地球的年齡。巖石越古老，當然就越接近地球的年齡。目前測定的最古老的巖石年齡大約是38億-39億年，其中有的是沉積巖，含有更古老的礦石晶體。已知最古老的礦石晶體是在澳大利亞發現的鋯石小晶體，年齡至少為44億年。但是用地球巖石無法直接測定地球形成的年齡。這是因為地球由地殼、地幔、地心幾部分組成，由于板塊運動，新的地殼持續地產生，然后又被循環，巖石始終處于變化之中，其結果是，地球最早形成的巖石已不存在。

整個太陽系是由同一片星云形成的，形成太陽系各個天體的過程所花的時間相對來說比較短，可能不到1億年。太陽系其他天體的年齡也就基本等于地球的年齡。因此，有關地球年齡的最好證據反而不是來自地球，而是來自月球和降落到地球上的天外來客——隕石。月球上不存在板塊運動，可以在上面找到月球剛形成時就有的巖石。對阿波羅號帶回來的月球巖石的測定結果表明，最古老的月球巖石大約是44-45億年。對許多隕石的測定結果，年齡也都在45億年左右?，F在被普遍接受的地球年齡45.4億年（1％誤差），根據的是美國地質化學家帕特森（1922-1995）在1956年發表的測定結果，測的是一塊在美國亞利桑那州惡魔谷發現的隕石。

地球年齡大約45億年，科學界對此已異議，它作為一個科學事實已有50多年的歷史。但是在科學界之外，仍然有許多人不能接受這一事實。這主要是基督教原教旨主義者，他們堅信地球的年齡只有大約1萬年。這些“年輕地球論者”的依據是基督教《圣經》，但是卻給自己披上科學的外衣，試圖動搖放射性測定法的科學基礎。

簡單的放射性測定法有兩個假設：一、在巖石剛剛形成時，只有母元素（例如鈾），子元素（例如鉛）都是后來由母元素衰變形成的。二、自巖石形成以后，沒有母元素、子元素逃逸出去，也沒有母元素、子元素從外界滲透進來。顯然，這兩條假設如果有一條不成立，就會影響到測定結果，因此就受到了“年輕地球論”的質疑。

但是存在這兩個假設并不會讓放射性測定法變得毫無價值。在許多情形下，有足夠的依據可以認定這樣的假設是完全合理的，而且也可以通過對同一個樣本用不同的同位素、不同的測定方法進行核對。實際上，現代放射性測定法普遍采用的是等時線法，通過測量同一種元素的不同同位素的量，以及通過測量在同一時間形成的不同物體（例如巖石中的不同礦石晶體），取消了這兩個假設。因此，“年輕地球論者”對此的質疑是沒有道理的。

放射性測定法還有一個基本假設，某種放射性元素的衰變速率是恒定不變的。如果這個假設不成立，測定的結果當然就靠不住。因此“年輕地球論者”最喜歡攻擊這一假設。但是這一假設有充分的量子力學理論依據，攻擊它也就是在攻擊量子力學。這個假設也被實驗所證實：物理學家做了很多試圖改變衰變率的實驗，對放射性同位素施加不同的溫度（高達2000攝氏度，低達零下186攝氏度），不同的氣壓（從真空到幾千個大氣壓），不同的引力場和磁場，都未能顯著改變衰變率。

而且放射性測定法的結果已被別的方法所獨立驗證，例如日震年齡測定法。上個世紀60年代，天文學家發現太陽表面在有規律地振蕩，稱為日震。日震波的傳播與太陽的組成，特別是太陽中心的氦和氫的相對含量有關。自太陽誕生以來，其內部就一直在進行著把氫聚合成氦的核聚變。因此，通過日震測定太陽中心氦的含量，就可以計算出太陽的年齡。用這個方法測出的太陽年齡大約為45.7億年，與用放射性測定法測出的吻合得很好。

當代“年輕地球論者”對地球年齡的質疑沒有任何科學含量，不能算是科學爭論，也無法通過學術爭論獲得解決。這是宗教與科學的沖突，這些偏執的信徒還生活在17世紀烏瑟主教的時代。

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