當你在仰望星空時，有人已經在丈量腳下的大地。

你有沒有思考過？地球為什么長這個樣子？換句話說，就是地球的起源。

有地質學家認為，地球現在的模樣是不斷發大水的結果，洪水上上下下地沖刷，海平面漲起又落下，長年累月，就有了丘陵和低谷。這種由水造就地貌的說法，被后來人稱為“水成論”。

有人認為地貌的形成跟洪水無關，而是火山爆發和地震造成的，這種說法被稱為“火成論”。俗話說水火不相容，這兩派的科學家為此無休止地爭論了很多年。

那到底誰說得對呢？18世紀中期，英國地質學家詹姆斯·赫頓在觀察農田的時候，發現洪水不斷沖刷的結果，是把大石頭粉碎成小砂礫，然后一層一層堆積起來。假如地球真的是被洪水沖刷成今天的樣子，恐怕要比現在光滑得多。所以，一定有另一種力量讓地表變得崎嶇不平，最終形成高山和丘陵。照這么看，“火成論”更有可能。

此時關于地球如何形成的問題，也從“水成論”和“火成論”之爭，變成了“災變”還是“均變”的爭論。

“災變”是說，地球經歷過無數巨大的災害，每一次都會徹底改變地球的面貌。相反，“均變”的觀點認為，地球的變化非常緩慢，不存在突然而又劇烈的變化。

地質學家查爾斯·萊爾就是“均變”理論的支持者，1830年，他把自己的觀點寫成了一本書，叫《地質學原理》，萊爾的這本書除了系統性地介紹了地球樣貌的變遷，還建立了一套新的地質學紀年法，如寒武紀、白堊紀、侏羅紀這些名詞，都是萊爾創造出來的。

有了時間的劃分方法，關鍵問題就來了：地球的年齡有多大？

1.地球年齡之謎

最早嘗試解謎的是法國人喬治-路易·勒克萊爾，在18世紀70年代，他通過模擬地球的散熱方式，利用總的散熱量來推算地球的年齡。根據他的算法，地球的年齡在7.5萬-16.8萬年之間。

咱們現在認為，地球的年齡大約是45億年，與勒克萊爾的數據真是差了十萬八千里。

到了19世紀中期，搞科研的人越來越多，也就有越來越多的人質疑勒克萊爾的結果，比如達爾文認為，蘇格蘭的維爾德地區起碼需要3億年才能變成今天的模樣。

開爾文勛爵

大家你爭我吵沒個結論，這時候，一個學術界的大牛——英國物理學家開爾文突然關注起了這個問題。開爾文是熱力學的開創者之一。根據熱力學第二定律，地球、太陽乃至整個宇宙都處在一種熱量耗散的過程中。

按照這個理論，地球在誕生之初是一個高熱量的巖漿球，其溫度隨著時間不斷降低，直到將熱量完全耗散掉變得徹底冰冷死寂。這樣一來，只要我們知道了地球的初始溫度（也就是巖漿的溫度）、巖層的導熱系數以及地溫梯度，就能根據公式計算出地球的年齡。

他算出來地球只有2400萬年。

然而，根據當時出土的一些化石，這些化石的年齡可比兩千萬年久遠多了。

化石對我們了解地球的過去非常重要。它不僅交代了地球本身的變化，還包含了大量生物的信息。如果說普通的石頭只能吸引地質學家的注意，那么面對神奇的化石，生物學家們也忍不住參與進來。

2.恐龍化石橫空出世

1787年，有人在美國新澤西州發現了第一塊化石。現在看來，那塊化石應該屬于一種叫鴨嘴龍的恐龍，但在當時，沒人知道世界上居然還有恐龍這種生物，科學家只知道這骨頭大得嚇人，卻實在找不到其他線索。

隨著越來越多的化石出土，法國古生物學家喬治·居維葉第一次提出了“生物滅絕”的存在。隨著時間的流逝，會有一些物種發生滅絕。

無獨有偶，英國一個建筑工地的年輕監工威廉·史密斯也得出了類似的結論。史密斯認為，化石在巖層中有著特定的位置。根據巖石層的位置，就能推斷出化石的年齡。他的觀點給巖石年份的測量提供了重要依據，也間接證明了滅絕的存在，而且不止一次的大滅絕。

1822年，有一天，鄉村醫生曼特爾在路邊撿到了一顆奇怪的“石子”，經曼特爾辨認，它好像是某種動物的牙齒化石。他嘗試著根據牙齒還原動物的樣子，結果把自己嚇了一跳：假如這種動物真的存在，那應該是一種生活在白堊紀，身長幾十米的巨型食草動物。怎么可能有這種東西？

曼特爾趕緊跟好基友巴特蘭牧師說了這件事，巴特蘭說，這事兒了不得，你可千萬別亂說。于是，曼特爾拿著這顆大牙四處去找大牛們求助，卻碰了一身釘子。名噪一時的權威居維葉看了一眼說，不就是個河馬牙嘛！

曼特爾不死心，又把化石拿去倫敦博物館，一個工作人員看了看說，是化石，但和蜥蜴有點像，你要非說是新動物，就把它叫做“禽龍”。

禽龍

曼特爾沒想到的是，他前腳剛去倫敦，巴特蘭后腳就找到了新的恐龍化石。這個巴特蘭特別有心機，嘴上叫曼特爾小心謹慎，等自己找到化石的時候，卻二話不說直接發表了文章，他發現的恐龍被命名為斑龍。

雖然曼特爾先發現了恐龍化石，但“第一個恐龍化石發現者”的名號卻被巴特蘭搶走了。

到了20世紀，大量化石相繼出土。這么多的化石，讓古生物學家們很頭疼，更要命的是，這些化石的年齡遠遠超出了人們對地球年齡的估計。這可怎么辦呢？

3.化學元素發現之旅

就在人們糾結地球的真實年齡的時候，英國科學家盧瑟福站了出來，他用無可辯駁的證據，向人們展示了地球到底有多古老。

不過在說盧瑟福之前，我們先聊聊另一個基礎學科——化學的發展。如果說地質學是在一個比較大的尺度探究地球是什么，那化學就是從更小的尺度上回答這個問題。地質學家能說出這塊石頭有多少層，而化學家能說出每一層里包含什么元素。

這些元素是怎么發現的呢？其實一開始，很多都是在亂七八糟的實驗中偶然得到的。那些撞大運的主要是煉金術士。

舉個例子，1675年，一個叫恒內希·布蘭德的德國人冒出了一個奇怪的想法：可以從人尿里提煉出黃金！搗騰了幾個月，布蘭德還真得到了點什么東西——別想多了，并不是金子，而是白磷。

所以，人們最早對化學的認識，都是拜布蘭德之類的煉金術士所賜。隨著波義耳和牛頓這些科學界的大牛紛紛加入煉金行列，煉金術的發展越來越快，發現的元素越來越多，煉金術的科學比重也越來越大。再加上普通人開始利用煉金術的副產物促進生產，化學也就慢慢地獨立了出來，道爾頓和阿伏伽德羅對原子理論的貢獻，更是讓這個學科日漸完善。

可是，隨著元素越來越多，如何歸納總結成了問題。1869年，俄國化學家德米特里·門捷列夫提出了第一張元素周期表。在此之前，化學元素要么按照原子量排列，要么按照跟氧的親和能力排列。門捷列夫的元素周期表兼具了兩種功能：既按原子量從低到高進行排序，又創造性地把性質類似的元素放在一起。這樣一來，不僅能查閱已經存在的元素，還能預測可能存在的新元素，讓化學家們的研究方便了不少。

19世紀還給了化學另一個驚喜，那就是放射效應。跟之前煉金發現元素一樣，這件事也是偶然。

居里夫人

1896年，法國物理學家亨利·貝克勒爾不小心把一包鈾鹽放在了抽屜里的底片上，結果吃完飯回來，驚訝地發現底片被燒了一個印子。這是為啥呢？他也不知道，于是吩咐自己的一個博士生，你來搞明白吧！這個博士生叫瑪麗·居里，就是大家都知道的居里夫人。

居里夫人那會兒剛跟丈夫皮埃爾結婚，兩個人正忙著研究一堆神秘的鈾礦石。他們發現這些石頭能釋放出巨大的能量，但質量不會減少。這件事還沒弄明白，導師又給了新的任務，看上去似乎是難上加難，但居里夫人很快意識到，鈾礦釋放能量跟鈾鹽燒黑底片，其實是一回事。順藤摸瓜查下去，她不僅發現了放射效應，還發現了兩種新元素，最后拿了兩次諾貝爾獎。

盧瑟福

講完這些知識作鋪墊，咱們就可以講盧瑟福是怎么測地球年齡了。1907年，盧瑟福發現，放射性元素的半數原子核發生衰變，都有一個固定的時間，這個時間叫做半衰期。通過測量放射性物質的半衰期，再分析巖層中礦物質的衰變程度，就可以推算出地球的年齡。

當時，盧瑟福最早發現的礦石半衰期大約在7億年，這意味著，地球的年齡遠比7億年要長，他估計在10億年左右。

4.地球的絕對年齡

很可惜的是，盧瑟福又去繼續他的核物理研究了，沒想去測算地球的年齡。

歷史把這個任務交給了C.帕特森。1948年，他在導師H.布朗指導下，在芝加哥大學做關于隕石中鉛同位素含量測定和計算的博士論文。

他們假設隕石是太陽系中沒能形成較大天體而散落在太空的遺留物，這就意味著，這些隕石是地球的孿生兄弟。只要測出隕石的年齡，就差不多知道地球的年齡了。

1953年，他拿到了來自亞利桑那州巴林杰隕石的樣本，立即帶到設在芝加哥大學的阿貢國家實驗室，那里有世界上最先進的質譜儀。

實測結果很快出來了：45.5±0.7億年。這就是地球的精確年齡值。1956年，成果發表了，帕特森成為地球上第一個測算出地球“絕對年齡”的人。