地球，是浩瀚宇宙的一部分，
渺小的如一粒塵埃；
卻孕育了生命，
是人類世世代代生存的家園，如此偉大！
從人類有好奇心和求知慾開始，
對神秘地球的探索就從未停止過。
而在眾多值得思考的問題當中，
"地球是如何形成的"，
"它存在了多久"，
一直都是熱門中的熱門。
自17世紀開始，對這個問題的探討歷經了300年之久，湧現出了大批致力於此的學者。無奈歷史只能記住其中具有代表性的幾個。他們是誰？做了什麼？又是怎樣推動科學問題前進的呢？
不妨讓我們站在古人的角度，沿著科學發展的脈絡，捋一捋這個重要科學問題是如何被揭開神秘面紗的。
早在17世紀，人們就抑制不住內心的好奇，在求索人與自然關係的過程中逐漸發現，地球的年齡始終是繞不開的話題。那是被基督教統治長達十幾個世紀的西方世界，地球的年齡不過是一個神學問題，只能從上帝的默許--《聖經》中尋找答案。
《聖經》中記載，上帝創造天地之後，便創造了人類的祖先—亞當和夏娃，代代相傳的家譜也詳細記載於《聖經》中。因此從理論上講，順著家譜，能夠計算出創造天地的時間。
愛爾蘭主教雅各·阿瑟對《聖經》的記載詳細考證，“精確”推算出地球是公元前4004年10月26日上午9時由上帝所造，也就是距今6000年左右的時間。
大主教 雅各·阿瑟
然而這一說法，無法解釋需要漫長演化過程的地質現象—海陸變遷，山脈隆起等，以及漫長的生物演化過程。於是，不同領域的啟蒙科學家們都躍躍欲試，開始尋找《聖經》之外的計算方法。
最想知道地球年齡的當然是地質學家們，沒有這個前提，很多地質現象都無法科學的解釋。最初，法國自然科學家德梅耶指出，在內陸高山上有海貝化石，這就說明高山曾經位於海水中。海平面的升降速率是十分緩慢的，據他計算每100年只能下降3英尺，地球上最高的山峰以這樣的速率下降，大約需要20億年，這也就是地球的最小年齡。1893年，裡德（Reede）根據沉積速率和沉積岩的總厚度進行估算，得出從寒武紀到現代需要6億年的時間。科學家們又從海洋中鈉含量的積累量計算海洋的年齡至少10億年，從而限制地球年齡的上限。
雖然這些推算都不夠嚴謹，漏洞百出，卻是在正確方向上邁出的關鍵一步。地質學家的推算結果同樣為生物學家所歡喜，因為生物進化也需要漫長的時間。
儘管科學家們一致認為，地球的年齡是非常古老的，至少數十億年，但如此粗略的估算顯然不能令嚴謹的物理學家滿意，他們試圖給出更精確的答案。
1687年，牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中提出，物體散熱的速率跟它的大小呈正比，例如，一個燒的通紅的直徑為1英尺的鐵球，需要1個小時才能散去所有熱量。牛頓的這一理論為後人計算地球的年齡指出了一條道路，因為地球最初也是一顆熾熱的球體，冷卻到現在需要的時間，就是地球的年齡。
牛頓 布封 開爾文勳爵 （1643-1727） （1707-1788） （1824 –1907）
法國博物學家布封（Georges-Louis Leclerc de Buffon），是沿著這一方向探索的眾多學者之一，他選取物質組成和地球差不多的球體來加熱到通紅，然後再將熱量全部散去，記錄下所用的時間。根據球體與地球直徑的比例，可以相應的計算出，如果通紅的地球散去所有熱量所用的時間，大概是7萬多年（74832年）。然而，布封私底下也承認，他的計算大大低估了地球的年齡。
01
02
熾熱的地球→冷卻的地球
儘管如此，100年後的物理學家仍然不放棄，繼續沿用牛頓和布封的思路，試圖得出更精確的年齡。其中的代表者就是19世紀首屈一指的大物理學家，皇家學會會長，入選英國上議院的開爾文勳爵—威廉湯姆遜。他於1862年發表論文，運用熱力學的方法，“精確”計算出地球的年齡為2000萬—4000萬之間。
雖然這一年齡比地質學家們解釋地質過程所需要的數億年小太多，但開爾文勳爵是最聲名顯赫的大科學家，他的推算，還是統治了科學界長達50年之久。
就在開爾文勳爵精確計算地球年齡的近時，元素的放射性被德國物理學家首次發現。物理學家再次踏入地質學的地盤，然而這次帶來的卻是曙光。之後數十年的時間，科學家不斷探索發射性同位素的衰變原理，衰變週期，以及在定年上的應用。
簡單說來，放射性是某一部分元素所具有的特殊性質，使得這個元素能夠通過釋放一些粒子而轉變成其他元素（衰變），例如238U（鈾）可變成206Pb（鉛），235U（鈾）可變成207Pb（鉛）。不同的放射性元素，衰變速率也是不一樣的，例如238U衰變一半需要44.7億年，而235U衰變掉一半則需要7億年。無論外界條件如何變化，衰變速率保持不變，這也就是“原子鐘”，雷打不動。如此，科學家們就可以通過某種含有U元素的物質中，有多少238U衰變成了206Pb來計算這個物質的年齡。
原子經過衰變變成一個新的原子
於是，科學家們將眼光放在地質過程中形成的含U元素的岩石、礦石和礦物，通過測量裡面的U、Pb含量和比例來確定它們的形成年齡。然而，要尋找地球形成之初一直保留至今的岩石或礦物，幾乎是不可能的，所有的物質都經歷了後期地質過程的改造。
就在這時，有一樣物質為科學家們帶來了驚喜，那就是隕石。隕石就是地球之外，太陽系內其他小天體撞擊地球而落下的石頭。對大量隕石的測年結果顯示，無論他們的成分是否一樣，也不管是何時落在地球上，他們都具有相同44-45億年的年齡。這就證明，隕石是在太陽系內行星形成之初就形成的，他們與地球的年齡是一樣的！！
隕石
1956年，帕特森（Pattern）對隕石中的U、Pb同位素進行測量，獲得了45.5億年的年齡，這也是世界上第一個獲得地球年齡的數據。2002年，澳大利亞地質學家Yuri Amelin通過對隕石中U、Pb同位素比值的測定，獲得了45.67億年的地球年齡。
帕特森測得的45.5億年的年齡
Amelin測得的45.67億年的年齡
至此，運用放射性同位素對隕石的年齡進行測定，進而代替地球的年齡這一方法被學術界所接受，45.67億年也成為目前公認的最精確的地球年齡。
歷經300餘年，終於得到了精確的地球年齡，探索道路可謂是充滿艱辛。不過，任何一個科學問題的解決，都不是一朝一夕的事情，那是幾代人，幾個世紀的努力。舊的問題解決，新的問題又不斷冒出來，科學探索是永無止境的！向每一位為科學發展做出貢獻的學者致敬~
參考文獻
地球年齡“計時器”. 2009. 梅文亭. 走進科學.
關於地球年齡的爭論. 1989. L. Badash. 《科學；中文版》.
地球年齡探究史話. 2004. 方修琦, 孟勝修. 《地理教學》.
科學大爭論—地球年齡有多大. 2011. 方舟子. 《飛碟探索》.
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