from 松鼠会
引子

“地球有多古老？”

这个问题几乎每一个小孩子都曾经问过；而几乎每一个文明的童年时期也都会对此做出种种回答的努力。对看似无用的问题的好奇心，大概可以算是人类文明的一大骄傲了——虽说很多动物都有好奇心，但是没有哪种发挥到了像人类这样叹为观止的程度。最起码，弄明白地球的具体年龄，对于我们的生存似乎是彻底没有用场啊。

没用归没用，“46亿年”这个数字还是摆在了每一本儿童百科上。但是和所有其它问题一样，儿童百科是只给答案不给解题方法的。要问某个历史事件的发生时间，总会有某些文献记载；然而地球诞生之日无人旁观，更无人记录，我们又是如何知道地球诞生在何年何月呢？上下未形，何由考之？

没有时间机器送我们回去偷窥，也没有日记史书供我们考据。但是时间终归是连续的，每一次事件都会在我们的地球上留下记号。在无数次观察、学习和研究之后，或许我们终究能够读懂每一道花纹，通晓每一缕痕迹。恰如一场命案之后，哪怕凶手早已逃之夭夭，哪怕现场也已杂乱不堪，福尔摩斯同学也总能从蛛丝马迹一步步逆推出完整的案发过程。

因此，让我们回溯一下，人类是怎样艰难地探寻地球的历史，怎样复原出地球母亲的年龄。

经文时代

倘若我们来到公元前四世纪的希腊，走进雅典学院去询问这个问题，那么大块头柏拉图同学一定报以一声冷笑：像宇宙这样宏大完美的东西，当然是无始无终不生不灭啦，一个不永恒的物体怎么可能是真实的存在呢？类似地，如果去印度寻找菩提树，佛祖也一定会答道：缘起性空，无始以来，三世因果，循环不息。是故大千世界无始无终，往复不已。

这就是相当一部分文化对于世界年龄问题的看法——世界是静止的永恒，或者动态的循环。对于他们而言，这个问题根本不成其问题。

可是，时间快进到公元三百年，希伯来文明已经以基督教的形式牢牢占据了罗马帝国的广大版图。而他们是相信宇宙线性演化的——要知道世界只不过是受造之物，其完美程度不可能和神相比，当然也不应当永恒。大神学家圣奥古斯丁更是划时代地提出，在世界诞生之前连时间也不存在——之前姑且不论，至少世界和时间都有一个毫无疑义的开端。那么，这个开端在哪里？

西方文明针对这个问题有无穷种说法，但是无一例外都是以旧约圣经为依据——谁叫人家是唯一的“记载”了创世的文献来源呢。所以，我们只说最有名的一个：下面有请James Ussher，十七世纪爱尔兰的安利甘宗大主教，著名的“公元前4004年10月23日创世”的提出者出场~撒花~

James Ussher （1581-1656），还是很有学者范儿的~

咦，抛上来的为什么都是西红柿啊……呃，看来此人在我们的语境中已经成为荒谬反**动学术权威的代言人了。但是这个数字果真是他拍脑袋拍出来的吗？抑或是通过某些稀奇古怪的数字游戏兼以莫名其妙的象征手法？非也，他有一套相当完整的工作方法。

话说Ussher也不是凡俗之辈，此人也算是个小天才了：十三岁进入都柏林三一学院，十七岁获学士，二十岁获硕士。但是他属英国国教安利甘宗（新教的一支），而爱尔兰却是天主教为主的地区，和天主教耶稣会士的各种争执让他很是郁闷。因此他晚年决意要编写一份详尽的圣经历史年表，一劳永逸地解决年代争执 ——其中最重要的当然就是创世年代。

从圣经出发计算世界年龄，最显而易见的方法就是画家谱——看过圣经的人一定还记得那套让人晕头转向的家系吧。这本身是个纯体力活，问题是不同版本的圣经，具体数字都不一样……比如著名的希腊文“七十士译本”加起来就比其它版本足足多出一千五百年。所以 Ussher第一步要抓准切入点——一切以最原始的文献，也即希伯来文圣经为准。每多一层翻译，可信度就减少一分，这个处理历史文献的基本原理，Ussher可算是心知肚明。

这个方法可以一直从亚当算到所罗门，但是之后到巴比伦之囚就不行了：家谱不再完整，只有每个国王的在位年数，而且其间多有模糊不清之处。这个问题Ussher也有办法：利用同一事件在不同的文本中的叙述作为参考点，几个叙述互相对比把缺口补上。这种方法的基本原理一直沿用到现在的大规模基因组测序。巴比伦之囚再往后直到基督出生，这段时间位于新旧约之间，毫无记载，被称为“沉默年代”，但是Ussher手头还有其它文化的历史可供对比：譬如，圣经里和巴比伦历史里肯定都要记载尼布甲尼撒国王，他就成为两种叙述之间的牵线者。再加上由于过去错误地把基督出生年定为公元元年（Ussher认为是元前4年，现在估计在元前4年到元前37年之间）而需要补上的各种修正，最终得到了公元前4004年这个数字。

年份可以这样算，日期就没办法了，不过按照犹太传统，创世是发生在秋分日附近，而创世的第七天——安息日则是星期六（注意，安息日和礼拜日是两个概念，前者是纪念创世的结束，后者是纪念基督的复活），那么据推算最可能的创世日是元前4004年10月23日星期天（由于历法偏差积累，Ussher推算出那时的秋分是在10月下旬）。至于时常伴随出现的那个可笑的“上午9点”，则并非来自他的计算，而是另一个叫做Lightfoot的家伙基于象征主义原理提出的，后来被错误地混在一起了……



这是Ussher的大砖头书“Annals of the Old Testament”第一页，出版于1650年。书中详细讨论了他的所有推理过程。

当然Ussher绝非唯一试图计算创世年代的人，很多同时代人——包括牛顿和开普勒——都推算过这个数字，但是无论哪一种计算在严谨程度上都不能与 Ussher相比。因此他的年表在1701年被“钦定本”圣经纳入，成为官方版本，直到上世纪六七十年代仍然附在很多版本圣经的后面，因而也成了许多现代人的笑料。1925年关于进化论是否合法的“猴子审判”中，双方律师就针对这个年表纠缠了很久——遗憾的是两人的数学都非常糟糕，算错了无穷次。但是坦率地说，Ussher的方法几乎是无从指摘；他的唯一的错误就是选错了原始文献——圣经并不是对于创世的忠实记录。但这难道能怪他吗？那时最大胆的异端也没有几个声称圣经错了，连伽利略这样的大科学家也相信圣经的正确性（他一直在努力把圣经与哥白尼学说和平共处），甚至穆斯林也认为旧约是神圣的。与其把荒谬归罪于他，不如说是时代的悲剧和局限落在了个人身上。因此，在我们的小小历史中，Ussher同学值得占有一席之地。

（未完待续~ 下期预告：地质学的出场）

地质时代

让我们稍微上溯一点来到1500年。这一年正是末日预言（没错，那时也有末日预言……）所喜爱的年份，因为七十士译本按照年代累加大概是公元前五千五百年左右创世，加上一千五百年正好是七千年，和上帝七天创世相对应（看看，象征主义推理方式和Ussher的方法的区别）。但也正是这一时期，多才多艺的达芬奇同学首先提出，化石贝壳表面的纹路说明它们也曾经是生物，后来才被岩石包裹起来的；而非一直保持原样。正是这一发现为后来的地质学奠下基础。

时间快进到1819年，伦敦的King’s Bench Prison——一所欠债人专用监狱迎来了一位新房客。这个一脸憔悴的中年人有一个平淡无奇的名字：威廉·史密斯（William Smith），因欠款无力偿还被判刑11个星期。提前剧透一下，这个可怜虫正是我们地质时代的主人公。



William Smith（1769-1839），有些工程师的架势了……

话说史密斯这小子1769年出生于一个小农场主家庭，幼时失怙，母亲改嫁，被叔叔抚养长大，自小无人管教、游手好闲。诸位看官要说，怪不得，年少放荡，年老凄凉——不过且慢，哪有那么简单的故事。叔叔后来觉得年轻人这样下去是不行滴，发现他比较热衷于收集石头，于是因势利导建议他学习一些几何学、测量学的东西，就一辈子跟土地打交道算了（瞧人家的教育理念……啧啧）。这一下可算歪打正着，小史密斯迅速展现出他与大地的亲合力，虽然一切知识皆为自学，但是发挥出来威力不减；很快他就以训练有素的测量员身份跑遍了英伦三岛。

1794年，法国大地人头滚滚血流成河，而在平静的英国，史密斯正受命为一条运河的开掘担当测量指导。正是在这里，他意识到化石的分布并不是散乱的，而是和地层有关。早在1669年，丹麦人尼古拉斯·斯丹诺（Nicolas Steno）就在研究鲨鱼牙齿化石时意识到沉积岩石的形成不是上帝一次完工的，而是一层层叠上去，老的在下，新的在上。但是这个原理只适用于完整未受扰动的沉积岩层，而实际上的岩层常常是肝肠寸断体无完肤。

可史密斯发现，尽管岩层乱了，其中的化石并不改变，而且每一种化石都有其特定分布的地层，从不越界；就好比我们今天看到霸王龙骨骼就知道这片地层一定是在白垩纪形成（嘿，可不是侏罗纪啊，电影里那是穿越了）。这样，化石不但可以用来推断地层的时代，还可以在破碎的地层之间牵线，从而让不同地区的岩石连为一个整体并且推测这里发生了怎样的破裂。这方法有点耳熟是吧？对，Ussher就是用这个原理把不同文明的历史记载串在一起的，可谓英雄所见略同。传言道，古生物学的祖师级人物居维叶（Cuvier）同学能够用一块脚骨复原出整个生物的形貌，恐怕是夸张了；但是用一块化石推算出整套岩层的年代，在史密斯手中则绝非虚言。所谓一花一世界，一沙一天堂是也~（莫非威廉布莱克也学过地质学？^_^您还别说，伦敦地质学会历任会长中还真有一位叫做威廉布莱克的……虽然肯定不是同一人。）

等等，眼尖的同学要跳出来说了，别想这么把我们糊弄过去，你这具体年代倒底是如何得出的啊？没错，要问史密斯同学具体的岩石是几万年还是几十万年，他也一样茫然。根据化石建立的尺子（学名叫做 “生物地层学”）只能计算相对值，排出谁老谁新的次序，但是面对绝对的年龄则无能为力了，就像一把尺子没标刻度——但是总比没有要强得多；而更重要的，这把尺子让人明确地意识到，人类历史在它的刻度上面只占据短短的一小段，在人类历史之前存在的故事要远为久远、远为丰富。最关键的是，这是第一把根据实物计算出的尺子，而非虚无缥缈不知传了几代的经文。这样，对于历史文献的态度，小史又补充上第二点：发掘出来的东西（石头）胜过一代代传承下来的东西（经文），因为后者可能经过有意无意的改动。

好了，这个主意并不复杂吧？也许泛泛如你我之辈盯石头盯久了也能想出来。但是牛人不愧为牛人，史密斯才不满足于这么小儿科的东西，他要根据这个原则把英格兰和威尔士的地质图画出来！根据生物地层学原理画地质图，这种事情说起来容易，做起来——哎，个中甘苦，非亲历不能体会啊。就好比福尔摩斯揭晓答案时大家都很爽，天知道他为此抽掉了几袋烟草、拉断了几根琴弦？为了收集数据，史密斯足足跑了14年的野外，时常一年行程上万公里——而且不是坐飞机。总之这件事情不但让他倾家荡产，还让他新婚妻子一病不起。而且这个时候他的侄子的双亲又去世了，又得照料侄子……

终于熬到1815年，一份长2.4米、宽1.8米、注释厚达50页的全彩地质图终于诞生了，第一版只印了5份（不知算不算一项世界纪录）。然而就在此刻，伦敦地质学会会长George Bellas Greenough竟然无耻地给这位自学成才的“民科”（看见没有，这才叫真正的“民间科学家”；科学理论都要落到实践之上才有价值。那些光拿出几万字看不懂的文章来吓唬人，却不给出任何验证工作的伪民科们可以歇菜了）背后捅了一刀子。他声称，地质学会马上就会出版类似地质图，价更廉物更美。



（点击看大图！）这就是当年他的那份地质图。真的很漂亮……挂一幅在家里一定非常拉风^_^


这一下可让史密斯招架不住了，人家毕竟是正规军。顺便说一句，那时的地质学会风头正劲，已经是仅次于皇家学会的强大科学组织。结果就是，他的地质图销量大受打击，负债累累。苦撑数年，卖掉无数珍爱的化石，最终仍然被判入狱，待他出狱时，发现自己居住了14年的家已经被查封，家产全部没收。然而就在这一年，地质学会的地图出版，仅在部分细节和绘图上略好过史密斯（考虑到地质协会的资源，这不足为奇），而明显在地层界限上大量地“参考”了史密斯的地图，却不肯承认他的贡献；后来发现，Greenough甚至曾经通过不太光明的手段获得了史密斯的手稿。当然，剽窃他地图的不止学会一家，而地质学会也确实早在 1809年就开始筹划绘制地质图，并在1812年给出了一个十分粗糙的草图，但是身为最具影响力的组织，最后的结果完全不提史密斯的名字，未免太发指了。

部分原因在于地质学会的势利眼：尽管当时的英国工业革命大大推动了采矿业和土木工程的进步，并产生了对地质学实践知识的强烈需求，学会派仍然坚持地质学是 “贵族”学科，像史密斯这样出身贫贱的人自然不在圈内。按照布莱森的说法，学会建立之初“每月碰一次头，一边喝一两杯马德拉白葡萄酒，吃一顿交际饭，一边交换对地质学的看法。这顿饭的价钱故意定在昂贵的15先令，以便使那些只有头脑（而没钱）的人望而却步。 ”实际上史密斯很愿意也绝对有实力加入地质学会，但是从没人给他发邀请——这是入会的先决条件，于是他也只能单干并遭受“贵族”们的歧视。

另一方面，学会内部弥漫着传统的培根哲学：纯粹经验观察，不要被理论“束缚”。史密斯的化石地层学是建立在“化石与地层一一对应”这条理论上的，让不少人颇为怀疑；像Greenough这种极端怀疑派甚至不太相信“地层”是真实存在的概念，因此他们很可能是企图和以化石为主要依据的史密斯划清界限。但是正如他们后来被迫认识到的，科学实践不配上理论完全玩不转——所以最后不得不违心借鉴史密斯的地图却又不好意思承认。

无论如何，科学的进展可以被少数人推迟，却不能被阻止。迟来的荣誉终于在1831年以伦敦地质学会首枚渥拉斯顿奖章（Wollaston Medal，直到今天仍然是伦敦地质学会的最高奖励，也是整个地质学界的顶尖荣誉）的形式降临。时任会长、著名地质学家Adam Sedgwick慷慨陈词：“因为我们正使用的语言，是他在科学还处在幼年时教给我们的；当我们合力将自然神殿的塔尖建起时，我们用的图纸是他设计的，基石是他铺下的，坚固的墙壁是他竖起的，这一切都是他独自努力完成的。”困扰史密斯半生的财务问题也被国王威廉四世颁发的终生养老金解决。而1865年，学会终于在自己的地质图上加上了史密斯的名字，只不过此时史密斯已经去世26年了。

（下期预告：物理学开始走入视野……）

物理时代（上）

人苦不知足，既得陇，复望蜀。没有刻度的尺子当然不能满足人们的需要，所以众人另辟蹊径，开始从其他角度计算绝对年龄。

实际上，绝对年龄的第一步已经有人迈出了，不是别人，却是大植物学家、早期进化论的鼓吹者布丰（George Buffon）（虽然他公开表态放弃进化论立场，但是回来之后该怎么说还怎么说……上有政策下有对策嘛）。那时人们已经知道，在坚实的地壳下面有着熔融的岩浆，因为有火山爆发；因此他的计算方法是假设地球由一个融化的大岩浆球冷却到现在，然后做了几个大铁球实地冷却，按比例放大计算要花多长时间，而岩浆球假说则是由大数学家、微积分发明人莱布尼兹提出来的（那个时代的人真的很博学啊……）。得出的结果七万五千年照我们看来是太短了，可是教会还是觉得太长了……似乎他的书之所以被禁，这个年龄要比他的进化思想起的作用更大。不用说，布丰的物理学得还不到家，他不知道这种事情按比例线性地放大是玩不转的。

另一方面，地质学家对相对尺子也不满意。他们的估算方法当然要具有职业特色了：就是测量岩石的风化速率。其中比较值得一提的是一位叫做约翰·菲利普斯（John Phillips）的家伙。和上文的威廉·史密斯一样，此人也是幼年丧亲，也是被叔叔抚养长大，而他的叔叔呢，偏偏就是史密斯本人（这种事情都遗传啊？）。可能是小时候淘气于心不安，史密斯对于他的侄子特别用心培养，而小侄菲利普斯也不负众望出落成一位知名地质学家。他的估算方法是先测量出正常情况下剥蚀的速率，从而得到沉积岩石的形成速率；因为沉积岩石的“原料”正是来自于流水风沙对于已有岩石的剥蚀。然后再利用叔叔的地质图计算所有沉积岩石的总厚度，一除即知——得数是9600万年。然而，剥蚀的速度并非恒定，英国本地的岩层又大量缺失，导致他的结果也很不精确。他的继承者们利用地层对比手段把全欧洲的地层加起来，估算出各种新数值，大多在几亿年上下，该数值一段时间内成为了地质学界的行规。可惜，这个估算没能维持多久，因为我们的主角、著名英国物理学家汤姆生（William Thomson，也就是后来的开尔文勋爵 Lord Kelvin）就要出场了~


William Thomson, 1st Baron Kelvin of Largs (1824–1907)。 这幅像画得让人感觉有点高不可攀……

汤姆生不愧是他那个时代的顶尖人才，此公16岁入读剑桥，大学还没毕业已有十多篇数学论文发表，后来更因为热力学、蒸汽机和海底电缆而名扬天下，及至1892年受封为开尔文勋爵之时，已经成为伟大科学家的人格化身了，时人提及他就有如今人提及爱因斯坦……

1862年汤姆生发表了一篇讨论太阳热量和寿命的论文，认为太阳的热量来源有三种可能。

第一，太阳是个大煤球或者什么别的球，靠自身的燃烧维持热量。但是这个维持的难度太大了……根据地球的轨道参数，很容易由万有引力定律计算出太阳的质量。按此数额，哪怕太阳全是由熊熊燃烧的氢气——单位质量燃烧产热最高的物质，没有之一——组成，顶多能烧个两万年；要是换成煤或者石油什么的更是不行。可以排除。当然，他并不知道有个东西叫做核聚变……但是这实在是不能怪他，放射性元素还要三十多年才被发现呢。

第二，太阳有外来的热源。但是太阳又没接电线，哪来的外源能量呢？唯一合理的可能是其它的小天体撞进了太阳，把它们的引力势能转化成了热能。但是计算得出，为了让太阳按照现在的水平发光，每47年就得掉进去一个地球那么重的东西……如此密集的天体坠落肯定会影响其它天体的轨迹，而观测到的数据和计算不符，这一条也只好放弃。

第三，太阳刚形成时很热，后来逐渐地冷却下来。那初始的热量哪来的呢？按照康德的星云气体学说，太阳是由一团气体收缩聚集而形成的，过程中引力势能转化成热能，于是汤姆生按此计算，得出太阳的寿命不会超过三千万年。大致与此同时，另一位大物理学家德国人亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）也想到了类似的主意，不幸撞车……不过得数两千两百万年，倒是和汤姆生的计算配得上。



汤姆生计算地球冷却速度的手稿

这下地质学家们可要抗议了，无论如何地球不可能比太阳的年龄还老啊……要知道地球上的大部分生命和地质运动都直接间接地依赖于太阳。但是汤姆生瞧不起地质学家们根据现象观察做出的估算，在他心目中，数学物理模型才是王道，于是他着手为地球建立一个模型——准确地说，是用他的拿手好戏热力学重新整理了布丰的熔融球假说，计算地球经由热传导损失热量的速率，并且利用了最新的地热梯度测量数据。其实早在15年前，他已经想到这种方法可以用来计算地球年龄，但是当时没有地热数据，巧妇难为无米之炊……结论：地球的年龄在两千万年到四亿年之间。当然了，他也不知道地球内放射性物质衰变会产热，可知核物理是怎样让整个物理学改头换面的……

各路武林高手还有诸多奇招，在此无法一一提及，比如爱尔兰人John Joly于1899年认为海水刚形成时是淡的，是陆上来源的矿物质使之变咸，由此可以根据每年流入的矿物质总量和海水总含盐量计算出地球的年龄——八千万到一亿年。思路很漂亮，可是他不知道，很多盐类都被埋在海底，经由地壳运动又返回了陆地。没办法，大陆漂移学说还要30年才出现、70年才被人接受呐。查理·达尔文的亲儿子，天文学家George H. Darwin则认为地球和月球起源于同一坨岩浆球，只不过很快就分开了。他依此计算出潮汐力把地球拖慢到现在的速度所需的时间——五千六百万年。错误之处嘛，一方面在测量固体潮汐力时作了一些不恰当的近似；另一方面现在主流观点更倾向于认为月球不是简单地被甩出去，而是经历了一次撞击才跳槽的，假如这样的话那么不考虑外力的计算就无效了。于是在各路人马的前呼后拥之下，德高望重的汤姆生——这时已经是开尔文勋爵——终于在1897年放了狠话：地球年龄在两千万到四千万年之间，而且很可能更接近于两千万。

这么一群金光闪闪的结果遥相辉映，只苦了一个人——去年的年度寿星达尔文同学。达尔文和大部分赞同进化论的人始终觉得，两千万年甚至一亿年对于进化仍然是不够长；更何况按照汤姆生的估算，地球大约在几百万年前才冷却到允许有生命的地步，这也实在太短了。达尔文在1859年《物种起源》第一版里估计，要剥蚀英国的一个小岛所花的时间至少也得有三亿年；但是三年后汤姆生的计算发表，让他十分苦恼，因此在后续版本中把这个估计删去了。斗犬赫胥黎自然不甘认输，也站出来指称汤姆生的计算是基于错误的假设，然而他自己也没能给出一个更好的模型。总之在当时的学术圈子里，有物理学作为后盾的两千万年，对于进化论的打击远远超过那个公元前4004年。二十世纪初定向进化学说——进化是按照预先给定的方向一路狂飙，而非达尔文主张的随机突变+自然选择的试探——如此流行，也有这方面的原因：两千万年对于交叉小径的花园太短，但是对于时速两百公里的高速路，或许可以按时抵达目标。


赫胥黎 vs. 开尔文，表面上是地质学与物理学之争，其实还隐藏着进化论与神创论的冲突。开尔文本人是虔诚的基督徒。

我能插楼mark一下不？