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哎呦喂,大家好!今天咱们来聊聊敲石头的人们,啊不是,是关于地球年龄,地质学那些事儿!
话说当年,亨利·卡文迪许在伦敦埋头做实验的时候,远在六百多公里外的爱丁堡,詹姆斯·赫顿也快不行了。这对他个人来说,肯定是糟糕的消息,但对科学界来说,那就是另一回事儿啦!因为赫顿一去世,就给约翰·普莱费尔腾出了空间,让他可以好好整理、改写赫顿那些让人头疼的作品。
赫顿这个人啊,眼光是真毒,也特能侃,绝对是个好玩儿的伙伴。他对地球形成过程的理解,那真是没得说!可惜啊,他不会好好说话,用大白话把他的想法写出来。有传记作家就说了,他“几乎完全不懂得怎么使用语言”!写一行字就困得要死。就拿他1795年的《地球论以及证据与说明》来说,他讨论某个问题是这么写的:“我们居住的世界不是由组成当时地球的直接前身的物质所构成的,而是从当今往前追溯,由我们认为是第三代的地球的物质所构成的,那个地球出现在陆地露出海面之前,而我们现今的陆地还在海水底下。”你看看,这说的都是啥呀?!
不过,赫顿还是凭着一己之力,开创了地质学,改变了我们对地球的认知,功不可没!他1726年出生在一个富裕的苏格兰家庭,衣食无忧,所以能舒舒服服地、全面地提高自己的学识。他学过医,发现自己不喜欢,就改学农业。后来,他在自家的农场里,用一种悠闲又科学的方式种地。1768年,他对土地和羊群感到厌倦,就搬到了当时知识分子最活跃的爱丁堡。他在那儿成立了一家很成功的企业,用煤烟生产氯化铵,同时还忙着做各种科学研究。当时的爱丁堡,那真是人才济济,赫顿在这种环境里,那叫一个如鱼得水。他还成了个叫牡蛎俱乐部的学会的骨干成员。他和亚当·斯密、约瑟夫·布莱克、戴维·休谟,还有偶尔光临的本杰明·富兰克林和詹姆斯·瓦特,一起度过了无数个夜晚。
那时候的人啊,兴趣是真广泛,赫顿也是啥都感兴趣,从矿物学到玄学,他都研究。他用化学品搞实验,调查开采煤矿和修筑运河的方法,考察盐矿,还推测遗传机制,收集化石,提出关于雨、空气的组成和运动定律方面的理论。但是啊,他最感兴趣的,还是地质学!
在那个钻研精神十足的时代,有个问题一直困扰着大家:山顶上怎么老是发现古代的蛤蜊壳和其他海洋生物的化石呢?它们到底是怎么上去的?
很多人都觉得自己找到了答案,然后就分成了两派:水成论者和火成论者。水成论者认为,地球上的一切,包括高处的海洋贝壳,都可以用海平面的升高和降低来解释。他们觉得,山脉、丘陵这些地貌和地球本身一样古老,只是在全球洪水时期被水冲刷了一下而已。
火成论者就不一样了,他们认为火山、地震这些活跃的力量,不断地改变着地球的表面,和大海没啥关系。他们还反问:不发洪水的时候,水都流到哪里去了?如果真的有水淹没过阿尔卑斯山,那现在水又在哪儿呢?他们认为地球受到内部和外部的力量影响。但是,他们也说不清,蛤蜊壳是怎么跑到山顶上去的。
赫顿就在思考这些问题的时候,提出了一系列了不起的见解。他看着自己的农田,发现岩石被腐蚀变成土壤,土壤又被水冲走,沉积到其他地方。他意识到,如果这个过程一直持续下去,地球最终会被磨得非常光滑。但是,他周围都是丘陵啊!所以,肯定还有别的力量,某种更新和隆起的力量,创造了新的丘陵和高山。他认为,山顶上的海洋生物化石,不是发洪水的时候沉积的,而是和山一起隆起来的。他还推测,是地球内部的热量创造了新的岩石和大陆,抬升了新的山脉。
说实话,当时的科学家不太能理解他这些想法,直到两百年后,大家才接受了板块构造论。赫顿的理论还提出,地球形成的过程需要很长时间,比任何人想象的都要长得多。这些见解,足以彻底改变我们对地球的认知。
1785年,赫顿把他的看法写成一篇很长的论文,在爱丁堡皇家学会宣读。结果呢?几乎没人注意!为啥呢?因为他是这么宣读的:“在一种情况下,形成的力量在独立存在的物体内部。这是因为,这个物体被热激活以后,是通过物体的特有物质的反应,形成了构成脉络的裂口。在另一种情况下,还是一样,相对于在其内部形成脉络的物体来说,原因是外在的。已经发生了最猛烈的断裂和扯裂;但是那个原因还在努力;它不是出现在脉络里,因为它不是在我们地球坚实的物体内部──那里找得到矿物或矿脉的特定物质──的每条缝隙和每个断层里。”你说,谁能听懂啊?!
朋友们鼓励他把他的理论展开一下,希望他能在更大的篇幅里,碰巧说清楚一点。赫顿花了十年时间,写出了他的巨著,1795年出版,两卷本,写得比他朋友们担心的还要糟糕!更离谱的是,这部作品的内容,竟然有将近一半是法文的资料,还没翻译!第三卷更是乏善可陈,直到赫顿去世一个多世纪后,才出版。第四卷直接没出版。所以说,《地球论》绝对有资格当选读者最少的重要科学著作!连19世纪最伟大的地质学家查尔斯·莱尔都承认,这本书他实在读不下去。
还好,赫顿找到了约翰·普莱费尔这个好帮手。普莱费尔是爱丁堡大学的数学教授,也是赫顿的好朋友。他不但文笔好,而且还知道赫顿想表达什么。1802年,赫顿去世五年后,普莱费尔推出了赫顿原理的简写版,叫做《关于赫顿地球论的说明》。这本书受到了地质学爱好者的欢迎。不过,那时候对地质学感兴趣的人还不多。但是,情况很快就要发生变化啦!
1807年,伦敦的十三个志同道合的人,在科文特加登广场的共济会酒店聚会,成立了一个餐饮俱乐部,后来改名叫地质学会。学会每个月聚一次,一边喝马德拉白葡萄酒,吃顿饭,一边交流对地质学的看法。这顿饭的价格故意定在十五先令,把那些没钱没脑子的人给挡在门外。不过,很快大家就觉得,需要有个正式的机构,有固定的总部,大家可以在那儿分享和讨论新的发现。不到十年,会员就发展到了四百名——当然,都是绅士——地质学会甚至开始和皇家学会叫板了,想成为全国最重要的科学社团。
从十一月到第二年的六月,会员每个月聚两次,因为到这时候,大家基本上都出门,整个夏天都在野外考察。你要知道,这些人出去找矿石,不是为了赚钱,甚至也不是为了学术研究。这只是有钱有闲的绅士们,在业余时间搞的一个爱好。到了1830年,会员已经发展到了七百四十五名,这在当时,那可是个天文数字!
这种情形现在很难想象,但是地质学在19世纪,真真是激活了人们的热情,抓住了他们的注意力。这是任何科学以前没有过,以后可能也不会有的情况。1839年,罗德里克·默奇森出版了《志留纪体系》,一本又厚又重的书,研究一种叫杂砂岩的岩石。结果,这本书成了畅销书,很快就出了四版!要知道,一册要卖八个几尼呢!而且,这本书也很有赫顿的风格,就是,毫无可读性!
(连默奇森的支持者也承认,它“毫无文学作品的魅力”。)而当伟大的查尔斯·莱尔于1841年去美国,在波士顿开设一系列讲座的时候,每次都有三千名听众挤进洛韦尔学院,静静地听他描述海洋沸石和地震在坎帕尼亚引起的震动。
在整个近代思想界,尤其是在英国,有学问的人,都会下乡去搞一点他们所谓的“敲石头”的活儿。而且,他们干得还很认真。他们往往打扮得很体面:头戴高顶大礼帽,身穿黑色套装。只有牛津大学的威廉·巴克兰牧师是个例外,他习惯穿着博士服做野外工作。
野外考察吸引了很多杰出人士,尤其是上面提到的默奇森,他前半辈子,几乎花了三十年的时间骑着马追赶狐狸,用猎枪把空中的鸟儿打成一堆羽毛。除了看《泰晤士报》和打牌,他没表现出任何聪明的迹象。结果,他对岩石发生了兴趣,然后,以惊人的速度,一跃成为地质学界的巨人。
还有詹姆斯·帕金森博士,他还是早期的社会主义者,写过很多煽动性的小册子,比如《不流血的革命》。1794年,发生了一件有点儿疯狂的阴谋,叫“玩具气枪计划”,有人想趁着国王乔治三世在剧院包厢里看戏的时候,用带毒的飞镖射中他的脖子。帕金森也牵涉其中,被带到枢密院审问,差点儿就被戴上镣铐,流放到澳大利亚了。不过,后来对他的指控不了了之。他慢慢地对生活采取了比较保守的态度,并且开始对地质学产生了兴趣,最终成了地质学会的创始人之一,还写了一部重要的地质学著作,《上个世界的有机遗骸》。这本书不停地印刷了半个世纪。他再也没有制造过麻烦。不过,今天我们记得他,是因为他对一种疾病的开创性研究。这种疾病当时叫做“震颤性麻痹”,但之后一直被叫做帕金森综合征。(帕金森在另一方面也稍有名气。1785年,他很可能成了历史上独一无二的人,在一次抽奖活动中赢得了一个自然史博物馆。这家博物馆位于伦敦的莱斯特广场,原本是阿什顿·利弗建立的,但利弗无节制地搜集自然宝物,最后搞得倾家荡产。帕金森将这个博物馆保留到1805年,实在维持不下去了,就拆卖了收藏品。)
还有一个人,性格不如帕金森那么引人注目,但是影响力比当时所有地质学家加起来还要大,这个人就是查尔斯·莱尔。莱尔出生在赫顿去世的那一年,离赫顿家只有一百一十三公里的金诺迪村。他的父母是苏格兰人,但是他在遥远的南方——英格兰汉普郡的新森林长大,因为他的母亲认为苏格兰人又懒又爱喝酒。总的来说,他和19世纪的绅士科学家一模一样,都来自生活优裕、思想活跃的家庭。他的父亲也叫查尔斯,是个大名人,是研究诗人但丁和藓沼方面的权威(莱尔藓,就是以他的姓氏命名的)。莱尔受他父亲的影响,对自然史产生了兴趣,但是在牛津大学,在威廉·巴克兰的影响下,他才开始把毕生的精力献给了地质学。
巴克兰多少是个有点儿怪的人。他做过一些真正有意义的事情,但是人们记住他,也因为他古怪的性格。他尤其以养了一群野兽出名,有的很大,有的很危险。他还以吃遍开天辟地以来有过的每一种动物闻名。他会用烤豚鼠、面糊老鼠、烤刺猬或者煮东南亚海参来招待客人,取决于他当时的心情和手头有没有货。巴克兰觉得这些东西都很好吃,除了菜园里的普通鼹鼠,他觉得那种东西的味道令人作呕。他几乎肯定会成为粪便化石的权威,家里有一张桌子几乎完全是用收集来的这类标本制成的。
即使在从事严肃的科学活动的时候,他的方式一般来说也是怪怪的。有一次,巴克兰半夜里兴奋地把他的太太推醒,大叫一声:“天哪,我认为,化石上的脚印肯定是乌龟的脚印!”夫妻俩穿着睡衣,急匆匆地跑到厨房。巴克兰太太和了面团,铺在那张桌上,巴克兰牧师拿来了家里养的乌龟。他们把乌龟往面团上一扔,赶着它往前走。他们高兴地发现,它的脚印果然和巴克兰一直在研究的化石上的脚印完全一致。查尔斯·达尔文认为巴克兰是个小丑——这是他的原话——而莱尔似乎觉得他对自己很有启发,还很喜欢他,1824年和他一块儿去了苏格兰。就是在那次苏格兰之行以后,莱尔决定放弃律师职业,把全部时间投入了地质学。
莱尔近视得厉害,一生中都痛苦地眯着眼睛,因此总是一副愁眉苦脸的样子(最后,他完全丧失了视力)。他还有一个有点儿古怪的地方,当他陷入沉思的时候,他会在家具上摆出令人难以想象的姿势——要么横在两张椅子上,要么(用他的朋友达尔文的话来说)“头枕着椅子面,身体伸得笔直”。一旦陷入沉思,他往往会慢慢地从椅子上滑下来,屁股几乎贴着地板。莱尔一生中唯一的工作是在1831-1833年期间当过伦敦大学国王学院的地质学教授。就是在这段时间里,他写出了《地质学原理》,并在1831-1833年期间分三卷出版。这部书在很多方面巩固和阐述了一代人之前由赫顿首先提出的见解。(虽然莱尔从来没有读过赫顿作品的原文,但他怀着浓厚的兴趣研究过普莱费尔的改写本。)
在赫顿时代和莱尔时代之间,地质学界发生了一场新的争论。这场争论很大程度上取代了过去的水成论与火成论之争,但又往往交织在一起。新的战斗变成了灾变论和均变论之争。给一场重要而又旷日持久的争论起这样的名字,似乎有点儿不够劲儿。灾变论者——顾名思义——认为,地球是由突发的灾难性事件形成的——主要是洪水。这就是人们常常把灾变论和水成论混淆的原因。灾变论尤其迎合了巴克兰这样的教士的心理,这样他们就可以把《圣经》里诺亚时代的洪水纳入严肃的科学讨论。均变论者恰恰相反,认为地球上的变化是逐渐形成的,几乎所有的地质变化过程都是缓慢的,都要经历漫长的时间。最先提出这种见解的与其说是莱尔,不如说是赫顿,但大多数人读的是莱尔的作品,因此在大多数人的脑海里,无论是当时还是现在,他成了近代地质学之父。
莱尔认为,地球的变迁是一贯的,缓慢的——过去已经发生过的一切都可以用今天仍在发生的事情来解释。莱尔和他的信徒们不但瞧不起灾变论,而且对它深恶痛绝。灾变论者认为,绝种是一系列过程的组成部分,在这个过程中,动物不断灭亡,被新的动物取而代之——博物学家T.H.赫胥黎把这种看法挖苦地比做是“惠斯特牌戏里的一连串胜局,到了最后,打牌的人推翻桌子,要求换一副新牌”。以这种方法来解释未知的事物未免过于俗套。“从来没有见过比这样的一种教条更蓄意助长懒汉精神,更削弱人们的好奇心的了。”莱尔嗤之以鼻地说。
莱尔的失误也不少。他没有令人信服地解释山脉是怎么形成的,没有看到冰河是个变化的力量。他不愿意接受阿加西斯关于冰期的观点——他轻描淡写地将其称之为“地球制冷”——坚信“在最古老的化石床里会发现”哺乳动物。他拒绝接受关于动物和植物突然死亡的看法,认为所有主要的动物群体——哺乳动物、爬行动物、鱼类等等——自古以来一直同时存在。在这些问题上,最后证明他是完全错误的。
但是,莱尔的影响你几乎怎么说也不会过分。《地质学原理》在他生前出了十二版;直到20世纪,书里包含的一些观点依然被地质学界奉为圭臬。达尔文乘坐“小猎犬”号环球航行的时候,还随身带着一本《地质学原理》,而且是该书的第一版。他后来写道:“《原理》的最大优点在于它改变了一个人的整个思想状态;因此,当见到一样莱尔从没有见到过的东西的时候,你在一定程度上是以他的眼光来看待的。”总之,他差不多把莱尔当成了神,就像他那一代人的许多人一样。20世纪80年代,当地质学家不得不抛弃他的一部分理论,以适应关于绝种的撞击理论的时候,他们简直痛苦得要命。这就充分说明了莱尔的影响之大。不过,那是后话了。
与此同时,地质学有大量的分类工作要做,这项工作可不是一帆风顺的。从一开始,地质学家就想把岩石按其形成的时期来进行分类,但是在怎么划分时期的问题上,经常发生激烈的争论——而且是一场旷日持久的争论,后来被称为“泥盆纪大争论”。剑桥大学的亚当·塞奇威克断言有一层岩石是寒武纪的,而罗德里克·默奇森认为它完全属于志留纪,争论于是就爆发了。这场争论持续了好多年,而且越来越激烈。“谢季维克是个下流痞子。”默奇森在给一位朋友的信中气呼呼地说。
在《泥盆纪大争论》这本书里,马丁·J.S.鲁迪克极好而又有些沮丧地描述了这场争论。只要瞥一眼这本书的各章节标题,就可以知道这场争论有多么激烈。开头几章的标题语气还算温和,比如《绅士们的辩论舞台》和《破译杂砂岩之谜》,但接着就是《捍卫杂砂岩与攻击杂砂岩》、《指摘与反驳》、《散布恶毒的谣言》、《韦弗撤回邪说》、《杀杀乡下人的气焰》(生怕你怀疑这不是一场战争)、《默奇森发起莱茵兰战役》等等。这场争论于1879年得以解决,解决办法很简单,在寒武纪和志留纪中间加一个时期:奥陶纪。
在这门学科的早期,英国人是最活跃的,因此在地质学术语中,英国的名称占了绝大部分。泥盆纪(即德文纪)当然源自英格兰的德文郡。寒武纪来自罗马人对威尔士的叫法,而奥陶纪和志留纪使人想起了古代的威尔士人部落:奥陶人和志留人。但是,随着地质学后来在其他地方的崛起,世界各地的名称渐渐出现。侏罗纪和法国和瑞士交界处的侏罗山有关。二叠纪使人想起俄罗斯乌拉尔山脉里的彼尔姆,而白垩纪(源自拉丁文白垩)是由一位比利时地质学家命名的,他自己也有个漂亮的名字,叫做J.J.德奥马利马斯·德霍洛伊。
原先,地质史分为四个时期:第一纪、第二纪、第三纪和第四纪。这个体系过于简单,因此寿命不长。地质学家很快就用新的划分方法来取代它。第一纪和第二纪已经完全不用了,第四纪有些人已经不用,但有些人仍然在用。今天,只有第三纪还在广泛使用,虽然已经不代表任何东西了。
莱尔在《原理》中使用了新的单位,叫做“世”或“段”来涵盖恐龙以后的时代,其中包括:更新世(“最近”)、上新世(“较近”)、中新世(“颇近”),和意思含糊的渐新世(“有点儿近”)。
如今,一般来说,地质时代划分为四大块,叫做“代”:前寒武纪、古生代(源自希腊文,意为“古代生命”)、中生代(“中期生命”)和新生代(“新的生命”)。这四个代又分为12到20个部分,通常叫做“纪”,有时候也称“系”。其中大多数是大家比较熟悉的:白垩纪、侏罗纪、三叠纪、志留纪等等。(注意:我们不会考试,但你要是想记住这些年代,你可以把“代”看作是一年的四个季节,把“纪”看作是一年的十二个月。)
接着就是莱尔所谓的“世”——更新世、中新世等等——这些名称仅仅用来指最近的(但又是古生物学研究很活跃的)6500万年;最后,便是一大堆更细的分类,名叫“期”或“代”。其中大多数以地名命名,读起来几乎总是很拗口:伊利诺伊期、得梅因期、克罗伊期、金默里奇期等等,都具有同样的特色。据约翰·麦克菲说,这类名称总共有“几百个”。幸运的是,除非把地质学作为你的专业,你以后再也不大可能听到这些名称了。
更混乱的是,北美的“期”或“代”和欧洲的说法不一样,在时间上往往只是大致交叉。因此,北美的辛辛那提期在很大程度上相当于欧洲的阿什吉尔期,再加上一点儿稍早的喀拉多克期。
而且,这一切,不同的教科书、不同的人都有不同的叫法,因此有的权威提出七个代,而有的权威满足于四个代。在有的书里,你还会发现不用第三纪和第四纪,而是用不同长度的系来取而代之,称做下第三系和上第三系。有些人还把前寒武纪分成两个代,即非常古老的太古代和较近的元古代。有时候,你还会看到“显生宙”这个词,用来涵盖新生代、中生代和古生代。
而且,这一切都只用作时间的单位。岩石的单位还有另一套,叫做系、段和期。而且,还有早、晚(指时间)之分和上、下(指岩层)之别。对于不是专家的人来说,这简直是一锅粥;但对于地质学家来说,这都可能是会动感情的东西。“我看到大人们为了生命史上一毫秒的问题争得面红耳赤。”英国的理查德·福蒂在谈到20世纪为寒武纪和奥陶纪的分界线而展开的旷日持久的辩论时这样写道。
今天,我们至少可以使用一些先进的技术来确定年代。但是在19世纪的大部分时间里,地质学家们只能依赖于推测。他们可以按照时代来排列各种岩石和化石,但根本不知道这些年代有多长,这是很令人泄气的。当巴克兰推测一副鱼龙骨骼的古老程度的时候,他只能认为,它生活在大约“一万或者一万以上乘以一万”年以前。
虽然没有可靠的方法来确定年代,但是不乏愿意尝试的人。1650年,爱尔兰教会的詹姆斯·厄舍大主教进行了早期最著名的尝试。他对《圣经》和其他历史资料进行了仔细的研究,最后在一本叫做《旧约编年史》的巨著中下结论说,地球创造于公元前4004年10月23日中午。后来,历史学家和教科书作者一直把这个日期当做笑料。(尽管几乎所有的书都提到他,但是有关厄舍的细节有明显的不同,有的说他是在1650年宣布的,有的说是1654年,还有的说是1664年。许多书把地球的开始之日列为10月26日。斯蒂芬·古尔德在他的《八只小猪》里对这个问题做了有意思的调查。)
顺便提一句,有个流传很久的神话——它在很多严肃的书里都提到过——厄舍的观点统治了科学界,直到19世纪的很久以后。是莱尔纠正了这一切。作为一个典型的例子,斯蒂芬·杰伊·古尔德在《时代之箭》中引用了20世纪80年代一本很热门的书里的一句话:“在莱尔出版他的书以前,大多数思想家都接受了这种看法,即地球还很年轻。”实际并非如此。正如马丁·J.S.鲁迪克说的,“哪个国家的地质学家也不会主张把时标限制在《创世纪》拘泥于字面意义的诠注的范围之内,要是他的作品被别的地质学家认真对待的话。”
连巴克兰牧师这样一位19世纪很虔诚的人也认为,《圣经》里哪个地方也没有提到上帝是在第一天创造天地的,只是提到“起初”。他认为,那个开始也许持续了“几百几千万年”。
所以说,大家都认为地球已经很古老了。问题只在于:到底有多古老?
在确定地球年龄的问题上,早期有个比较合理的看法,它是由埃德蒙·哈雷提出的。1715年,他提出,如果你把全世界海洋里的盐的总量,除以每年增加的量,你就会得出海洋存在的年数,从而可以大致知道地球的年龄。这个道理很吸引人,但不幸的是,谁也不知道海洋里究竟有多少盐,也不知道每年到底增加多少,这就使得这个实验无法实施。
第一次称得上比较符合科学的尝试是由法国的布丰伯爵乔治-路易·勒克莱尔进行的,那是在18世纪70年代。很长时间以来,大家都知道,地球释放出相当可观的热量——下过煤矿的人都知道——但是,没有办法来估计散逸率。布丰在实验过程中,先把球体加热到白炽的程度,然后在它冷却的过程中,用触摸的办法(可能开头是轻轻的)来估计热的损耗率。根据这个实验,他推测地球的年龄在75000到168000年之间。这当然大大地低估了;但是,这是一种很激进的见解。布丰发现,要是把这个见解发表出来,他有被开除教籍的危险。他是个讲究实际的人,连忙为自己缺乏考虑的邪说表示道歉,然后轻松愉快地在随后的著作中不断重复他的看法。
到了19世纪中叶,大多数学者认为地球的年龄起码有几百万年,甚至也许几千万年,但也很可能没有那么大。因此,当1859年查尔斯·达尔文在《物种起源》一书中宣称,根据他的计算,创造威尔德地区——英格兰南部的一个地区,包括肯特、萨里和苏塞克斯——的地质进程花了306662400年时间才完成时(达尔文喜欢确切的数字,在后来一篇论述伤口的作品里,他宣布英国农村的每一英亩土地里有53767条蚯蚓),人们不由得大吃一惊。这个结论很了不起,部分原因是他说得那么确切,但更因为是他公然不顾公认的有关地球年龄的看法。结果,它引起了激烈的争议,达尔文在该书的第三版中收回了他的看法。但是,问题实际上依然存在。
达尔文和他的地质学界朋友希望地球很古老,但是谁也想不出办法来证明。
这个问题引起了开尔文勋爵大人的注意(他肯定是一位了不起的人物,但是到1892年才被提升为贵族,当时他已经68岁,接近生命的尽头了,但我在这里还是按照惯例,溯及既往地使用这个名称),这对达尔文以及对进步来说,可就不是什么好事儿了。开尔文是19世纪的——也是任何世纪的——最杰出的人物之一。德国科学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹——他本人也是科学上的高手——写道,开尔文是他遇到过的最“理解力强、洞察事理、思想活跃”的人。“在他的面前,我有时候觉得自己是木头木脑的。”他不无沮丧地说。
这种心态是可以理解的,因为开尔文确实是维多利亚时代的超人。他1824年出生于贝尔法斯特,父亲是皇家学院的数学教授,不久就调到了格拉斯哥。开尔文证明自己是个神童,小小年纪(10岁)就考上了格拉斯哥大学。20岁出头,他已经在伦敦和巴黎的学府学习过,毕业于剑桥大学(他赢得了该大学在赛艇和数学两个方面的最高奖,还抽空创建了一个音乐俱乐部),当选为彼得学院的研究员,并且(以英文和法文)写了十几篇关于纯粹数学和应用数学的论文。这些作品都很有创见,他不得不匿名发表,以免使他的长辈们感到难堪。他22岁回到格拉斯哥,担任自然哲学教授。在此后的53年里,他一直保有这个职位。
在他漫长的生涯里(他活到了1907年,享年83岁),他写了661篇论文,总共获得了69项专利(因此变得很富裕),在物理学的几乎每个学科都享有盛誉。其中,他提出了一个方法,后来直接导致了制冷技术的发明;设计了绝对温标,至今仍冠以他的名字;发明了增压装置,使得越洋发送电报成为可能;还对海运和航海做了无数改进,从发明一个深受喜爱的航海罗盘,到创造第一个深度探测器。这些仅仅是他有实用价值的成果。
他在电磁学、热力学(他尤其阐述了热力学第二定律,指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移,而不能由低温物体自动向高温物体转移,也就是说在自然条件下,这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来,只有靠消耗功来实现)和光的波动等理论方面的成果,同样是革命性的。他实际上只有一个瑕疵,那就是没能计算出地球的年龄。这个问题占去了他后半生的许多时间,但他从来没有得出比较正确的数字。1862年,在为一本叫做《麦克米伦》的通俗杂志写的一篇文章里,他第一次提出地球的年龄是9800万年,但是谨慎地认为这个数字最小可为2000万年,最大可达4亿年。他还小心翼翼地承认,他的计算可能是错的,如果“造物主的大仓库里备有我们目前没有掌握的资料”的话——但是,他显然认为那是不可能的。
随着时间的过去,开尔文的结论变得越来越精确,也越来越不正确。他不停地把自己的估计数字往下降,从最大的四亿年降到一亿年,然后又降到五千万年,最后在1897年降到了仅仅2400万年。开尔文并不是在随心所欲,只是因为当时的物理学无法解释,为什么像太阳这么个庞然大物可以连续燃烧几千万年以上,而又耗不尽它的燃料。因此,他就理所当然地认为,太阳和它的行星必然相对年轻。
问题在于,几乎所有的化石都证明和这个结论相矛盾。而且,突然之间,19世纪发现了大量的化石。
所以说,估算地球年龄这件事儿,真是一波三折啊!咱们下回接着聊,拜拜!