地球年龄有多大

留美学者，生物化学博士smfang@yahoo.com
放射性现象的发现不仅推翻了此前物理学家对地球年龄的低估，而且让准确测定地球年龄成为可能。
放射性现象的发现纯属意外。1896年，法国物理学家贝克勒尔（1852-1908）在准备实验时，惊讶地发现铀盐已让包在厚黑纸里的底片感光，表明铀盐发射出能穿透黑纸的射线。两年后，皮埃尔·居里 （1859-1906）和玛丽·居里（1867-1934）夫妇发现钍元素也能发出类似的射线，把这种现象命名为“放射性”。之后，居里夫妇发现了两种具有放射性的新元素——钋和镭。
卢瑟福和索迪（1877-1956）一起为放射性年龄测定奠定了理论基础。他们发现放射性现象是由于元素的自发衰变造成的。在衰变过程中，一种元素变成了另一种较轻的元素，同时发射出射线。一种放射性元素的衰变速率是固定的。这样，如果知道了某种放射性元素的衰变速率和衰变产物，就可以根据衰变产物的量计算出用了多长的时间产生这些产物。
卢瑟福在1905年首先想到了可以用这种办法来测定岩石的年龄。当时，他已经知道铀、镭发射出的阿尔法射线其实就是氦，那么，通过测量岩石中铀和氦的比例，以及铀产生氦的速率，就可以知道岩石的年龄。用这个办法，他测定两块岩石的年龄大约是5亿年。卢瑟福谨慎地指出，这只是下限，因为有一部分氦可能从岩石中逃逸了，导致测定的氦含量比实际的要少，测定的岩石年龄也就偏小。
在同一年，美国化学家波尔特伍德（1870-1927）注意到铅总是出现在含铀和钍的矿石中，推测铅是铀和钍衰变的最终产物。在卢瑟福的建议下，波尔特伍德开始通过测量铀矿石中的铅含量来计算岩石的年龄。他测了26份岩石样本，发现它们的年龄在4亿到22亿年之间。这表明地球的年龄至少是22亿年。
波尔特伍德的结果于1907年发表在地质学杂志上。尽管这个测定结果符合地质学家的预想，他们却对此没有什么兴趣。地质学家对物理学家、化学家闯入他们的领域的举动仍保持戒心。波尔特伍德没有做进一步的研究，后来患了抑郁症，自杀身亡。卢瑟福的兴趣也转移到其他方面。
在其他人都放弃的时候，只有英国地质学家霍姆斯（1890-1965）坚持了下来。早在1911年霍姆斯还是一名本科生时，就开始用铀－铅法测定岩石的年龄，并测出最古老岩石的年龄是16亿年。此后，随着对放射性现象、放射性同位素的研究的深入，霍姆斯一直在改进其测量结果。但是直到进入20年代，霍姆斯的工作才逐渐受到重视。此时，地质学家已发现地层的沉积速度并不是恒定的，因此想根据现在地质变化的速率来精确地算出地球的年龄是不可能的，只能借助放射性方法。1931年，美国科学院指定一个委员会专门研究地球年龄的测定问题，由霍姆斯执笔的委员会报告认定放射性年龄测定法是测定地球年龄的唯一可靠的方法。
有关放射性测定法的争议消失了，接下来就是如何尽可能准确地测定地球的年龄。岩石越古老，当然就越接近地球的年龄。目前测定的最古老的岩石年龄大约是38亿-39亿年，其中有的是沉积岩，含有更古老的矿石晶体。已知最古老的矿石晶体是在澳大利亚发现的锆石小晶体，年龄至少为44亿年。但是用地球岩石无法直接测定地球形成的年龄。这是因为地球由地壳、地幔、地心几部分组成，由于板块运动，新的地壳持续地产生，然后又被循环，岩石始终处于变化之中，其结果是，地球最早形成的岩石已不存在。
整个太阳系是由同一片星云形成的，形成太阳系各个天体的过程所花的时间相对来说比较短，可能不到1亿年。太阳系其他天体的年龄也就基本等于地球的年龄。因此，有关地球年龄的最好证据反而不是来自地球，而是来自月球和降落到地球上的天外来客——陨石。月球上不存在板块运动，可以在上面找到月球刚形成时就有的岩石。对阿波罗号带回来的月球岩石的测定结果表明，最古老的月球岩石大约是44-45亿年。对许多陨石的测定结果，年龄也都在45亿年左右。现在被普遍接受的地球年龄45.4亿年（1％误差），根据的是美国地质化学家帕特森（1922-1995）在1956年发表的测定结果，测的是一块在美国亚利桑那州恶魔谷发现的陨石。
地球年龄大约45亿年，科学界对此已异议，它作为一个科学事实已有50多年的历史。但是在科学界之外，仍然有许多人不能接受这一事实。这主要是基督教原教旨主义者，他们坚信地球的年龄只有大约1万年。这些“年轻地球论者”的依据是基督教《圣经》，但是却给自己披上科学的外衣，试图动摇放射性测定法的科学基础。
简单的放射性测定法有两个假设：一、在岩石刚刚形成时，只有母元素（例如铀），子元素（例如铅）都是后来由母元素衰变形成的。二、自岩石形成以后，没有母元素、子元素逃逸出去，也没有母元素、子元素从外界渗透进来。显然，这两条假设如果有一条不成立，就会影响到测定结果，因此就受到了“年轻地球论”的质疑。
但是存在这两个假设并不会让放射性测定法变得毫无价值。在许多情形下，有足够的依据可以认定这样的假设是完全合理的，而且也可以通过对同一个样本用不同的同位素、不同的测定方法进行核对。实际上，现代放射性测定法普遍采用的是等时线法，通过测量同一种元素的不同同位素的量，以及通过测量在同一时间形成的不同物体 （例如岩石中的不同矿石晶体），取消了这两个假设。因此，“年轻地球论者”对此的质疑是没有道理的。
放射性测定法还有一个基本假设，某种放射性元素的衰变速率是恒定不变的。如果这个假设不成立，测定的结果当然就靠不住。因此“年轻地球论者”最喜欢攻击这一假设。但是这一假设有充分的量子力学理论依据，攻击它也就是在攻击量子力学。这个假设也被实验所证实：物理学家做了很多试图改变衰变率的实验，对放射性同位素施加不同的温度（高达2000摄氏度，低达零下186摄氏度），不同的气压（从真空到几千个大气压），不同的引力场和磁场，都未能显著改变衰变率。
而且放射性测定法的结果已被别的方法所独立验证，例如日震年龄测定法。上个世纪60年代，天文学家发现太阳表面在有规律地振荡，称为日震。日震波的传播与太阳的组成，特别是太阳中心的氦和氢的相对含量有关。自太阳诞生以来，其内部就一直在进行着把氢聚合成氦的核聚变。因此，通过日震测定太阳中心氦的含量，就可以计算出太阳的年龄。用这个方法测出的太阳年龄大约为45.7亿年，与用放射性测定法测出的吻合得很好。
当代“年轻地球论者”对地球年龄的质疑没有任何科学含量，不能算是科学争论，也无法通过学术争论获得解决。这是宗教与科学的冲突，这些偏执的信徒还生活在17世纪乌瑟主教的时代。