开尔文的失败：揭开地质学的误差

19世纪初，地质学家认识到，研究随着时间一层层沉积下来的岩石层有助于侧面了解地球历史上那些塑造了地形的事件顺序。从地球的沉积层的沉积速度和其他地质层的腐蚀速度来看，地球的年代非常久远。尽管地球的真实年龄依然成谜，但有一点是肯定的，地球的地质年代远比已记载的整个人类史要久远得多。

早期的地质学家都深受均变论的影响，代表人物有查尔斯·莱尔（Charles Lyell），他也是查尔斯·达尔文的良师益友。均变论认为地质变化是一个渐变的过程，无论是在过去还是现在，地质的形成过程都是一样的，而且都很缓慢。这一观点自然暗示了地球的形成年代势必非常久远，因此对于其他学科认为地球形成年代不久远的观点，地质学家们均嗤之以鼻。

达尔文的自然选择学说同样认为物种进化是一个漫长的过程，他还尝试利用地质学方面的专业知识来支撑这个观点。英格兰南部有一个叫作威尔德（Weald）的地区，在那里风化作用将半球状的岩石垂直切割到底，导致地表下方的岩石层暴露在外。达尔文计算出了该地区的侵蚀率，得出地球年龄至少有3亿年的结论，这一数字还被收录在其1859年出版的《物种起源》第一版中。

与此同时，物理学家们则在为一个与太阳系年龄息息相关的基本理论难题大伤脑筋：太阳为什么会发光？19世纪，唯一一个被人们接受的假说是由我们在第3章提到的德国物理学家、生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出的，但该假说也存在明显的缺陷。亥姆霍兹在1854年的那次提到康德的星云假说的演讲中，还提出了太阳正在缓慢收缩变冷的观点。他认为，气体在向太阳核心积聚时释放出引力能，引力能再转化成光和热。但这种能量源很快就会消耗完，他推断太阳的寿命只有大约2200万年，这自然也是地球年龄的极限。

亥姆霍兹的论证吸引了一位有影响力的支持者——威廉·汤姆森爵士（Sir William Thomson），又称开尔文勋爵，他不仅是星云假说的忠实拥趸，而且还是19世纪最杰出的物理学家之一。在热力学上取得的开创性成果促使他开始思考如何将新发现的热力学定律用于对太阳和地球年龄的计算。当时，物理学家还不知道达尔文所说的能使太阳长时间发光的能量源究竟为何物。1862年，开尔文炮轰地质学家使用的测年法，直到1907年去世之前他仍然坚持己见。他极力反对地质学家信奉的均变论和基于经验主义的证据。他认为，如果太阳真的是在逐渐冷却的话，那么无论是太阳还是地球，它们过去的温度一定高于现在。如果地球真的在慢慢冷却，那么人们长久以来的常识——沉积层是以固定速度累积的这一观点将会被颠覆。(www.xing528.com)

开尔文更愿意以大自然中已知的物理定律和它们衍生出的结论作为基础。他后来做出让步，承认太阳冷却到目前的状态有可能需要长达5亿年的时间，但他仍认为这一过程只用2000万年也是有可能的。后来，开尔文假设地球诞生之时呈高温熔融状态，并计算出了地球的冷却速度，最后得出地球的年龄为0.2亿～4亿年，这和他对太阳的估算结果相差无几。这一结论缓和了他对均变论的抨击。但过了几年，开尔文又更倾向于2000万年的结果了。1893年，美国地质学家克拉伦斯·金（Clarence King）在改良了开尔文的估算方法后得出了地球年龄为2400万年的结果，并且受到了开尔文的赞赏。

开尔文勋爵非常受人拥戴，以至于几乎无人敢挑战他的观点。人们普遍认为物理学是比地质学更为基础的科学，开尔文在卷入纷争之后的30年中一直被奉为权威。只可惜开尔文和克拉伦斯大大低估了地球热历史的复杂程度，这意味着他们计算地球年龄的方法看似优雅，却存在着严重的缺陷。

一些地质学家继续从物质沉积角度寻找破解地球年龄谜团的方法。其中，1893年，美国地质学家查尔斯·沃尔科特（Charles Walcott）发表了一份最为全面深入的研究结果。次年，他接替克拉伦斯·金担任美国地质调查局局长。沃尔科特提出地球年龄为5500万年的猜想，尽管比开尔文的更长一些，但仍远短于今天所公认的地球年龄。今日的我们知道，沃尔科特的方法其实没有比19世纪的地质学家更高明多少。虽然开尔文没有发现自己方法中的失误，但他还是正确认识到了沉积物的沉降和侵蚀速度是会随时间而大幅度改变的。沉积记录这种方法的不完整性是更致命的缺陷，因此这些记录无法用于分析地球早期（前9/10时间）的发展历史。