開爾文和赫胥黎的對話

胡紫霞

同學們，今天的主角都來自英國，一位是物理學家威廉·湯姆遜，另一位是生物學家托馬斯·赫胥黎。你也許要問，題目中的開爾文又是誰呀？其實，他就是威廉·湯姆遜。這可是一位不折不扣的全才，在人類科學史和技術(shù)史這兩大領(lǐng)域做出過重大貢獻的人員名單上，湯姆遜的名字總是高居榜首。他于1892年被授予“開爾文勛爵”稱號，也是英國科學家中獲此殊榮的第一人。而赫胥黎也是一位非常優(yōu)秀的科學家，擔任過英國倫敦皇家學會的會長。這兩位牛人針對地球年齡的問題將展開怎樣的辯論呢？讓我們把目光投向1869年那次極具科學意義的倫敦地質(zhì)學會年會。

各位，我知道有很多地質(zhì)學家和生物學家一直在想辦法計算地球的年齡，但始終沒有確切數(shù)值。逐漸地，物理學家們也加入進來，我就是其中之一，并且我把測量地球年齡的工作看作是我所有發(fā)現(xiàn)中最為重要的。我用的是牛頓的思維，即根據(jù)地球的冷卻來估算其年齡。假定地球最初是從熔融的狀態(tài)開始的，非常熱，熱得生命無法生存。之后，熱量從地球內(nèi)部傳導到地球表面消散掉。地表逐漸冷卻而固結(jié)，而地核仍是熱的。那么，地球從原始狀態(tài)冷卻到現(xiàn)今狀態(tài)所需的時間，就是地球的年齡。要做到精確計算，需要用到熱力學的方法，另外還需要三個數(shù)據(jù)——地球的初始溫度或內(nèi)部溫度、巖石的導熱率和現(xiàn)在地表的溫度梯度。這時候，臺下的赫胥黎舉手示意發(fā)言。

威爾遜先生，很榮幸能聽到你介紹的這種物理方法。但我有些問題：你說的那三個數(shù)據(jù)怎么得來呢？你怎么知道地球內(nèi)部的溫度呢？

呃，這的確很困難。我測了沙、沙石、輝綠巖的熱導率，把它們的平均值作為巖石的熱導率。另外，我認為地球內(nèi)部溫度差不多為3870度，當然由于沒有這方面的實驗，這是我自己設(shè)定的。至于現(xiàn)在的地表溫度，有一些數(shù)據(jù)，但彼此差別很大，我便挑選了其中一個。

赫胥黎邊聽邊笑。

說實話，剛開始我也覺得問題很多，因此，在隨后幾年里不斷修正，終于得到了我認為更合理的模型。1862年，根據(jù)物理學原理，我推算出地球冷卻到今天的溫度大約需要1億年?？紤]到數(shù)據(jù)可能有錯，我給出的估算范圍是——2000萬至4億年。

天哪！這個范圍太大了。你的計算看似精確，其實是基于錯誤的假設(shè)，缺乏可靠的科學根據(jù)。

盡管開爾文的估算所用的假設(shè)很成問題，數(shù)據(jù)也不確定，但是在此后的幾十年內(nèi)卻被認為非常權(quán)威，畢竟他是當時首屈一指的大物理學家。但大部分地質(zhì)學家和生物學家卻不以為然。他們用自己的方法估算地球的年齡（如根據(jù)巖層的厚度），認為地球年齡可達到4億年，甚至可達到6億年。由于結(jié)果相差懸殊，爭論就由此而來。而赫胥黎便是他們陣營中眾望所歸的代言人。

開爾文

地質(zhì)學理論中一場重大的改革看來是必不可少了。目前，英國流行的地質(zhì)學和物理學是相互對立的。

地質(zhì)學的證據(jù)像物理學的證據(jù)一樣有效，而在兩者的對立中，可能是物理學家搞錯了。前幾年，達爾文先生出版了《物種起源》，我是他的忠實粉絲，其“自然選擇學說”認為生物需要無比漫長的時間才能進化成現(xiàn)在我們見到的如此豐富多彩的物種，你算出的地球年齡顯然不夠。達爾文相信地球的年齡至少有幾十億年，生物才有足夠的時間進化。

因此，我并不同意《物種起源》中的觀點。

我們今天知道達爾文、赫胥黎的推測是對的，開爾文的估值確實太短了。有趣的是，證明開爾文錯誤的證據(jù)，正是來自物理學家的努力。真正讓地質(zhì)學家和物理學家都認可的方法是20世紀初產(chǎn)生的。1903年，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了兩種具有放射性的新元素——釙和鐳。1904年，盧瑟福和索迪一起建立了放射性元素衰變理論。放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，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。現(xiàn)在被普遍接受的地球年齡是45.4億年，根據(jù)的是美國地球化學家帕特森在1956年發(fā)表的測定隕石的結(jié)果。地球的年齡問題已經(jīng)不再是存在爭論的話題了。