袁越

要想揭開(kāi)人類(lèi)起源的奧秘，首先必須掌握測(cè)年技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)相當(dāng)于一把帶有時(shí)間刻度的標(biāo)尺，地質(zhì)學(xué)家和考古學(xué)家們就是用這把標(biāo)尺丈量深邃的時(shí)間，從而揭開(kāi)了地球和人類(lèi)的秘密。

深邃的時(shí)間

我上小學(xué)的時(shí)候，外公給我看了家里傳下來(lái)的一本家譜，印象中那上面只記載了五六代人的姓名，再往前就沒(méi)有了。但這本殘缺的家譜讓我突然開(kāi)了竅，我意識(shí)到我的外公也肯定是有爸爸的，他爸爸也有爸爸，他爸爸的爸爸也有爸爸……如此這般可以無(wú)窮無(wú)盡地追溯下去，古書(shū)上記載的某個(gè)古人也許就是我的祖先。

1. 蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家詹姆斯·赫頓（攝于1776年）?2. 英國(guó)物理學(xué)家威廉·湯姆森（攝于1880年）?

3. 美國(guó)芝加哥大學(xué)物理學(xué)家威廉·利比（攝于1954年）

那段時(shí)間我接連做了好幾個(gè)關(guān)于祖先的夢(mèng)，但那些夢(mèng)全都是支離破碎的，因?yàn)槲也恢牢业南热藗冮L(zhǎng)什么樣，更不知道他們生活在怎樣一個(gè)世界里。那是我第一次意識(shí)到歷史和我的關(guān)系是如此緊密，但歷史的時(shí)間跨度卻又如此之大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我的想象力。

我上中學(xué)的時(shí)候，第一次接觸到了達(dá)爾文的進(jìn)化論，知道人都是猴子變來(lái)的，猴子又是由更原始的生物變來(lái)的。于是我很自然地想到，如果一代一代地繼續(xù)追下去，一定會(huì)追到某只猴子那里，再往下追的話甚至可能追到一只青蛙、一條魚(yú)、一個(gè)細(xì)菌，甚至是某個(gè)比細(xì)菌更簡(jiǎn)單的生命體那里去！

這個(gè)想法突然讓我感到一絲恐懼，我不知道應(yīng)該如何去想象這無(wú)窮無(wú)盡的家族鏈，更不知道應(yīng)該如何去面對(duì)這鏈條背后所代表的更加漫長(zhǎng)的時(shí)間。

我上大學(xué)的時(shí)候，讀了幾本教科書(shū)之外的歷史書(shū)，知道我在學(xué)校里學(xué)到的歷史觀叫唯物主義歷史觀，人類(lèi)歷史上還出現(xiàn)過(guò)很多不一樣的歷史觀。比如，我相信父親的父親肯定也有父親，家族鏈條是可以無(wú)窮無(wú)盡地一直延續(xù)下去的。但有不少古代文明卻相信輪回說(shuō)，他們認(rèn)為時(shí)間不是線性的，而是一直在不停地循環(huán)往復(fù)，過(guò)去發(fā)生的事情每隔一段時(shí)間就會(huì)再來(lái)一遍。中北美洲的瑪雅文明和古印度文明就是這類(lèi)文明的代表，前者創(chuàng)立了一套獨(dú)特的歷法，用來(lái)描述循環(huán)往復(fù)的時(shí)間，后者則創(chuàng)造了一種全新的宗教，用來(lái)宣揚(yáng)輪回理論。佛教正是從印度教中借鑒了這個(gè)理論，這才有了中國(guó)人熟悉的“積德”“造孽”和“報(bào)應(yīng)”等說(shuō)法。

一個(gè)有意思的小插曲是，根據(jù)古印度文獻(xiàn)記載，印度教信徒相信一個(gè)輪回分為創(chuàng)造和毀滅兩部分，每個(gè)部分都要經(jīng)過(guò)43.2億年的時(shí)間才能完成。稍微懂點(diǎn)科學(xué)的人都知道，目前公認(rèn)的地球年齡是45億年。這兩個(gè)數(shù)字竟然十分接近，有人因此而認(rèn)為古印度人是先知，其實(shí)這不過(guò)是一種巧合罷了，不足為奇。再說(shuō)了，印度教的一個(gè)完整的輪回是43.2×2=86.4億年，這個(gè)數(shù)字和地球的年齡就沒(méi)什么關(guān)系了。

還有不少古代文明相信創(chuàng)世說(shuō)，認(rèn)為有個(gè)全知全能的上帝創(chuàng)造了我們所知的這個(gè)世界。這方面最典型的就是基督教，根據(jù)《圣經(jīng)》里的記載，上帝花了5天時(shí)間造出了世間萬(wàn)物，又在第六天根據(jù)自己的形象用泥巴捏出了第一個(gè)人，并取名亞當(dāng)，夏娃則是上帝用亞當(dāng)?shù)睦吖窃斐鰜?lái)的，人類(lèi)這個(gè)物種就是這么開(kāi)始的。17世紀(jì)的一位愛(ài)爾蘭主教詹姆斯·烏舍爾（James Ussher）根據(jù)《圣經(jīng)》中記載的各種人物的家譜關(guān)系，計(jì)算出上帝是在公元前4004年10月22日創(chuàng)造了地球。這位主教被當(dāng)時(shí)的歐洲人公認(rèn)為是一位學(xué)識(shí)淵博的神學(xué)家，他得出的這個(gè)數(shù)字被視為真理，于是當(dāng)年的歐洲基督徒大都相信我們這個(gè)世界只存在了不到6000年。

17世紀(jì)的歐洲剛剛從中世紀(jì)的黑暗中走出來(lái)，地理大發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了歐洲人的視野，不少有識(shí)之士開(kāi)始懷疑《圣經(jīng)》的權(quán)威性，嘗試著用理性思考代替宗教教條去認(rèn)識(shí)這個(gè)世界，正是這批人揭開(kāi)了歐洲啟蒙運(yùn)動(dòng)的序幕。

這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的中心是號(hào)稱(chēng)“北方的雅典”的蘇格蘭首府愛(ài)丁堡，從這座城市走出了亞當(dāng)·斯密、詹姆斯·瓦特和大衛(wèi)·休謨等一大批思想家和科學(xué)家，對(duì)人類(lèi)文明的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家詹姆斯·赫頓（James Hutton）也是從這個(gè)“愛(ài)丁堡文化圈”里走出來(lái)的一位啟蒙運(yùn)動(dòng)重量級(jí)人物，他原本是一個(gè)農(nóng)場(chǎng)主，在實(shí)踐中逐漸意識(shí)到莊稼所仰仗的地表土壤來(lái)自巖石的不斷風(fēng)化和侵蝕，而當(dāng)土壤顆粒等沉積物沉入地下后，又會(huì)在高溫高壓的作用下逐漸變成巖石，這是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，“沒(méi)有開(kāi)始，也沒(méi)有結(jié)束”（No vestige of a beginning， no prospect of an end）。

1788年，赫頓發(fā)表了一篇重要論文，題目就叫《地球原理》（Theory of the Earth）。在這篇論文中他首次提出地球的形成過(guò)程并不神秘，而是和蒸汽機(jī)等機(jī)械一樣，都是可以用基本的物理法則推算出來(lái)的。更重要的是，他相信地質(zhì)活動(dòng)是一個(gè)極其漫長(zhǎng)的過(guò)程，地球的年齡遠(yuǎn)比6000年要長(zhǎng)得多。

如今，赫頓被公認(rèn)為是“古典地質(zhì)學(xué)之父”，他提出的很多地質(zhì)學(xué)基本概念都已得到了驗(yàn)證。后來(lái)一位名叫約翰·邁克菲（John McPhee）的美國(guó)作家發(fā)明了“深時(shí)”（Deep Time）這個(gè)詞，很好地概括了赫頓的理論。

在赫頓之前，人們喜歡用“漫長(zhǎng)”（Long）這個(gè)詞來(lái)形容時(shí)間，但這個(gè)詞不夠準(zhǔn)確，多長(zhǎng)算長(zhǎng)呢？6000年當(dāng)然也可以算是很漫長(zhǎng)的時(shí)間了，但這個(gè)時(shí)間跨度是人類(lèi)憑經(jīng)驗(yàn)仍然可以想象得出的。赫頓則認(rèn)為，真正的地質(zhì)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類(lèi)的想象力，地球的歷史就像大海那樣深不見(jiàn)底，用“深邃”（Deep）這個(gè)詞來(lái)形容才是最恰當(dāng)?shù)摹?

深不見(jiàn)底還有個(gè)同義詞叫深不可測(cè)。確實(shí)，赫頓時(shí)代的地質(zhì)學(xué)只能做定性研究，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的科技發(fā)展水平還很落后，無(wú)法給出定量的結(jié)論。但是，當(dāng)啟蒙運(yùn)動(dòng)把上帝這個(gè)角色排除出去之后，人們便意識(shí)到這個(gè)世界是客觀存在的，支配世界運(yùn)行的是客觀規(guī)律，因此是可以被準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)的。

說(shuō)到認(rèn)識(shí)世界，有兩個(gè)基本問(wèn)題是躲不開(kāi)的。一個(gè)是這個(gè)世界有多大，另一個(gè)就是這個(gè)世界有多老。這兩個(gè)定量的問(wèn)題，毫無(wú)疑問(wèn)都是有準(zhǔn)確答案的，但對(duì)于一個(gè)剛剛從混沌時(shí)代走出來(lái)的人來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)問(wèn)題都無(wú)異于天問(wèn)，只有上帝才能解答。

但是，正如達(dá)爾文曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的那樣：越是無(wú)知的人，就越會(huì)覺(jué)得很多問(wèn)題都是不可能找到答案的。只有真正的智者才會(huì)相信任何問(wèn)題都是可以被解決的，這樣的智者雖然人數(shù)很少，但卻是人類(lèi)的進(jìn)步之源。從17世紀(jì)開(kāi)始，先后有好幾位人類(lèi)當(dāng)中的佼佼者，主動(dòng)向這兩個(gè)天問(wèn)發(fā)起了挑戰(zhàn)。

地球的年齡

如果我們隨便挑一所理工科大學(xué)，從里面隨機(jī)挑選一名大學(xué)生，讓他只用200年前的粗陋工具測(cè)出地球的年齡和大小，結(jié)果恐怕都會(huì)令人失望。這件事足以說(shuō)明科學(xué)發(fā)展的速度是何等驚人，早在200多年前就已經(jīng)超出了絕大多數(shù)現(xiàn)代人的知識(shí)范疇了。

這兩個(gè)問(wèn)題中，相對(duì)容易解決的是大小問(wèn)題，畢竟這個(gè)世界是可以被直接觀察到的，只要明白了其中的道理，答案顯而易見(jiàn)。最先提出解決方案的是著名的英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙德·哈雷（Edmond Halley）——對(duì)，就是哈雷彗星的那個(gè)哈雷。1677年，他在觀測(cè)水星凌日（即水星從太陽(yáng)表面經(jīng)過(guò)）時(shí)突發(fā)奇想，如果地球上相隔較遠(yuǎn)的兩個(gè)人觀測(cè)同一個(gè)行星凌日現(xiàn)象，就可以通過(guò)不同觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差和距離差推算出地球到太陽(yáng)之間的距離。當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)通過(guò)天文觀測(cè)知道了太陽(yáng)系各個(gè)行星軌道的相對(duì)比例，只要知道其中任何兩個(gè)星體之間的準(zhǔn)確距離，就可以估算出整個(gè)太陽(yáng)系的大小了。

不過(guò)，地球上能看到水星凌日的范圍有限，哈雷提議通過(guò)觀測(cè)金星凌日來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。在他的倡議下，歐洲各國(guó)同時(shí)派出了十幾支考察隊(duì)去到世界各地，觀測(cè)了1769年發(fā)生的金星凌日，測(cè)出地球到太陽(yáng)之間的距離大約為1.5億公里。要知道，當(dāng)時(shí)的環(huán)球旅行很不容易，為了得到這個(gè)結(jié)果，無(wú)數(shù)人獻(xiàn)出了自己的生命。不過(guò)，正是從那次測(cè)量開(kāi)始，人類(lèi)終于知道太陽(yáng)系實(shí)在是太大了，地球只不過(guò)是茫茫宇宙中的一粒塵埃，人類(lèi)的世界觀從此發(fā)生了根本的改變。

1.英國(guó)發(fā)明家詹姆斯·瓦特在修理紐科門(mén)蒸汽機(jī)，并對(duì)它做出重大改進(jìn)2.蘇格蘭哲學(xué)家大衛(wèi)·休謨（攝于1770年）3. 英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙德·哈雷

第二個(gè)問(wèn)題，也就是這個(gè)世界的年齡問(wèn)題，因?yàn)椴豢赡苤苯佑^測(cè)，所以難度要大得多。最先嘗試解決這個(gè)問(wèn)題的人名叫艾薩克·牛頓（Isaac Newton）——對(duì)，就是那個(gè)著名的牛頓。他雖然是個(gè)物理學(xué)家，但對(duì)任何富有挑戰(zhàn)意義的科學(xué)問(wèn)題都很感興趣。當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)知道地球曾經(jīng)是個(gè)炙熱的大鐵球，牛頓找人制作了一只直徑1英寸（約等于2.54厘米）的小鐵球，通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道這只鐵球從紅熱狀態(tài)冷卻到室溫要花至少一個(gè)小時(shí)。他把這個(gè)數(shù)據(jù)換算成地球的大小，得出的結(jié)論是5萬(wàn)年。雖然還是太短，但已經(jīng)比烏舍爾主教的6000年長(zhǎng)了很多了。

但是，牛頓畢竟不是熱力學(xué)家，他的算法存在很多漏洞。最終還是一個(gè)名叫威廉·湯姆森（William Thomson）的人出馬，這才給出了一個(gè)更為可信的結(jié)論。提起湯姆森大家可能不太熟悉，但他后來(lái)的封號(hào)“開(kāi)爾文男爵”（Lord Kelvin）大家一定很熟悉——對(duì)，就是熱力學(xué)溫標(biāo)單位的那個(gè)開(kāi)爾文。這位男爵一生勤勉有加，在很多領(lǐng)域都做出過(guò)杰出的貢獻(xiàn)。他的最大貢獻(xiàn)首推熱力學(xué)第一定律（能量守恒）和第二定律（孤立系統(tǒng)熵增加），這是熱力學(xué)領(lǐng)域的兩個(gè)極為重要的定律，不但為現(xiàn)代物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)，還為英國(guó)工業(yè)革命的兩大基石——蒸汽機(jī)和電動(dòng)機(jī)找到了理論依據(jù)。

不用說(shuō)，開(kāi)爾文男爵是權(quán)威中的權(quán)威，當(dāng)他通過(guò)自己的計(jì)算得出了9800萬(wàn)年這個(gè)數(shù)字后，便很少有人敢反駁他了。后來(lái)還是一位來(lái)自美國(guó)的科學(xué)家指出，地球內(nèi)部的壓力非常大，散熱效率會(huì)因此而不同，經(jīng)過(guò)他修正后的結(jié)果是2400萬(wàn)年。但開(kāi)爾文從一開(kāi)始就知道他的計(jì)算誤差非常大，所以給出了2000萬(wàn)年到4億年這樣一個(gè)巨大的誤差范圍。2400萬(wàn)年處于這個(gè)范圍以?xún)?nèi)，所以開(kāi)爾文并沒(méi)有表示反對(duì)。

除了熱力學(xué)方法之外，來(lái)自愛(ài)爾蘭的地理學(xué)家約翰·喬利（John Joly）還提出了測(cè)量海水含鹽量的方法。他假定地球誕生初期海水都是淡水，此后河流不斷把陸地上的鹽分帶進(jìn)海中，日積月累海水便成為鹽水了。他計(jì)算了全球所有河流的輸鹽量，再和現(xiàn)在的海洋總鹽量做對(duì)比，得出了9000萬(wàn)年這個(gè)數(shù)字。

另一個(gè)值得一提的方法是喬治·達(dá)爾文（George Darwin）提出來(lái)的——對(duì)，就是那個(gè)著名的查爾斯·達(dá)爾文的兒子。他假定月球是在地球形成初期自轉(zhuǎn)速度還很快的時(shí)候被甩出去的，此后兩者的引力相互作用導(dǎo)致減速，最終達(dá)到了現(xiàn)在這個(gè)相對(duì)較慢的自轉(zhuǎn)速度。他根據(jù)這個(gè)理論計(jì)算出來(lái)的數(shù)字是5000萬(wàn)至6000萬(wàn)年，和其他算法的數(shù)量級(jí)差不多。

現(xiàn)在我們知道，這幾個(gè)數(shù)字距離真實(shí)年齡都差了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，原因在于當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們對(duì)于這個(gè)世界的了解還不夠充分，前提條件是錯(cuò)誤的。比如開(kāi)爾文男爵采用的熱力學(xué)計(jì)算法就至少犯了兩個(gè)錯(cuò)誤：一是沒(méi)有考慮到地球內(nèi)部巖漿的對(duì)流，這會(huì)改變熱傳導(dǎo)的速率;二是沒(méi)有考慮到地球內(nèi)部蘊(yùn)含的放射性元素所導(dǎo)致的持續(xù)增溫效應(yīng)。有趣的是，最終正是后者幫助人類(lèi)測(cè)得了地球的真實(shí)年齡。

法國(guó)物理學(xué)家居里夫人（攝于1912年）

放射性現(xiàn)象很可能是人類(lèi)近100多年來(lái)所發(fā)現(xiàn)的最重要的自然現(xiàn)象，放射性（Radioactivity）這個(gè)詞雖然是居里夫人發(fā)明的，他們夫婦二人也對(duì)放射性現(xiàn)象的研究做出過(guò)卓越的貢獻(xiàn)，但真正在理論上把這一現(xiàn)象解釋清楚的人還得說(shuō)是出生于新西蘭的英國(guó)物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford），他被公認(rèn)為“核物理之父”，正是他第一個(gè)意識(shí)到產(chǎn)生放射性的原因是原子核裂變，這一過(guò)程不但改變了原子的屬性，還會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，這就預(yù)言了原子彈的誕生，還順帶解釋了地球內(nèi)部為什么溫度一直如此之高。

有個(gè)小插曲很有意思。1904年，年僅35歲的盧瑟福應(yīng)邀去倫敦皇家學(xué)會(huì)（相當(dāng)于英國(guó)科學(xué)院）發(fā)表演講，事先他準(zhǔn)備在會(huì)上提一下放射性元素會(huì)產(chǎn)生熱量的新發(fā)現(xiàn)，并以此來(lái)解釋為什么開(kāi)爾文男爵計(jì)算的地球年齡有誤差。沒(méi)想到開(kāi)爾文那天也在場(chǎng)，盧瑟福心里十分緊張，因?yàn)殚_(kāi)爾文是公認(rèn)的學(xué)術(shù)權(quán)威，當(dāng)年還是個(gè)初生牛犢的盧瑟?？刹桓业米镞@位當(dāng)時(shí)已經(jīng)80歲的泰斗級(jí)人物。演講到中途，盧瑟福發(fā)現(xiàn)開(kāi)爾文的眼睛閉上了，他以為老先生睡著了，于是便大著膽子講起了地球年齡的問(wèn)題。誰(shuí)知原來(lái)一直在閉目養(yǎng)神的開(kāi)爾文突然睜開(kāi)了眼睛，把講臺(tái)上正在侃侃而談的盧瑟福驚出了一身冷汗。盧瑟福靈機(jī)一動(dòng)，馬上改口說(shuō)其實(shí)開(kāi)爾文男爵很早就在論文里指出，他那個(gè)熱力學(xué)測(cè)年法只有在地球內(nèi)部沒(méi)有新的熱源的情況下才是正確的，所以正是開(kāi)爾文男爵最早預(yù)言了放射性現(xiàn)象的存在！講到這里，盧瑟福用眼角余光掃了一眼開(kāi)爾文，只見(jiàn)他坐直了身子，臉上露出了贊許的微笑，盧瑟福這才長(zhǎng)出了一口氣。

不過(guò)，開(kāi)爾文男爵并沒(méi)有認(rèn)錯(cuò)，他直到生命的最后一刻仍然堅(jiān)信自己的計(jì)算是正確的，地球只有幾千萬(wàn)年的壽命。從這個(gè)例子可以看出，科學(xué)家絕不都是一些不食人間煙火的怪人，科學(xué)圈也和其他任何圈子一樣，存在著權(quán)威打壓小輩的情況。一個(gè)年輕人提出的新理論要想成功上位，需要克服很多意想不到的困難。

再接著說(shuō)盧瑟福。他對(duì)放射性研究所做的最大貢獻(xiàn)就是首次提出原子核衰變遵循的是嚴(yán)格的指數(shù)規(guī)則，即衰變速率只和未衰變?cè)雍说臄?shù)量成正比，和環(huán)境溫度、壓力、化合物分子式等等物理化學(xué)屬性均沒(méi)有任何關(guān)系。這個(gè)發(fā)現(xiàn)促成了半衰期這個(gè)概念的出現(xiàn)，為人類(lèi)最終發(fā)明出放射性測(cè)年法奠定了理論基礎(chǔ)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果一開(kāi)始我們有400萬(wàn)個(gè)A原子，100年后只剩下了200萬(wàn)個(gè)，其余的都衰變掉了，那么我們就可以說(shuō)，A原子的半衰期是100年，即每100年衰變一半。再過(guò)100年之后，我們手里會(huì)剩下100萬(wàn)個(gè)A原子，再過(guò)100年還會(huì)剩下50萬(wàn)個(gè)，依此類(lèi)推。于是，假定我們知道某件物體在初始狀態(tài)時(shí)含有400萬(wàn)個(gè)A原子，某個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的結(jié)果是100萬(wàn)個(gè)A原子，我們就可以知道這個(gè)時(shí)間點(diǎn)距離初始狀態(tài)剛好過(guò)去了200年。

當(dāng)盧瑟福發(fā)現(xiàn)放射性的這個(gè)秘密之后，立刻就意識(shí)到這是大自然為人類(lèi)提供的一臺(tái)調(diào)校精準(zhǔn)的天然計(jì)時(shí)器，如果科學(xué)家能夠找到解讀這座時(shí)鐘的法門(mén)，就可以測(cè)出地球的年齡了。盧瑟福是一個(gè)動(dòng)手能力很強(qiáng)的人，他立即開(kāi)始嘗試用這個(gè)方法測(cè)量巖石的年齡。他從地質(zhì)學(xué)家朋友那里弄來(lái)幾塊年齡很老的石頭，測(cè)量了蘊(yùn)藏在巖石中的氦氣的質(zhì)量。當(dāng)時(shí)他已經(jīng)知道鈾裂變后會(huì)生成氦氣，只要測(cè)出巖石中氦的含量，就可以估算出巖石的年齡了。

1905年，盧瑟福在耶魯大學(xué)做了一個(gè)關(guān)于放射性測(cè)年的科學(xué)報(bào)告，首次向全世界介紹了放射性測(cè)年的原理。初步測(cè)量結(jié)果顯示，那幾塊巖石的年齡都在5億年以上，比開(kāi)爾文的測(cè)量結(jié)果大一個(gè)數(shù)量級(jí)。即便如此，盧瑟福仍然堅(jiān)持認(rèn)為地球的實(shí)際年齡肯定比5億年還要長(zhǎng)，因?yàn)閹r石中的氦氣很可能會(huì)漏掉一部分，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小。事實(shí)證明盧瑟福是對(duì)的，地球壽命比5億年還要再大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

雖然盧瑟福是第一個(gè)用放射性原理估算巖石年齡的人，但他興趣廣泛，很快就把注意力放到其他地方去了。此后爆發(fā)的兩次世界大戰(zhàn)導(dǎo)致全球動(dòng)蕩，沒(méi)人再有心思研究這事了，直到“二戰(zhàn)”結(jié)束后，這才有人重新開(kāi)始琢磨如何解讀這座天然時(shí)鐘，地球的秘密終于被揭開(kāi)了。

碳-14測(cè)年法的誕生

上一章的敘述方式很可能會(huì)給讀者留下一個(gè)“放射性測(cè)年很容易”的印象，其實(shí)這個(gè)方法難度極大，原因在于科學(xué)家面對(duì)的是在大自然中含量極低的放射性同位素，對(duì)于測(cè)量?jī)x器的靈敏度和精確度的要求都特別高。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料初始狀態(tài)的判定也是一件非常困難的事情，所以最先取得突破的并不是自然界最常見(jiàn)的放射性同位素鈾，而是碳-14。

碳-14最初是被美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)家馬丁·卡曼（Martin Kamen）發(fā)現(xiàn)的，他為了研究光合作用機(jī)理，需要找到一個(gè)方法標(biāo)記碳原子。自然界的碳原子大都是沒(méi)有放射性的碳-12，但是地球高空大氣中的氮?dú)鈺?huì)在宇宙射線的轟擊下源源不斷地轉(zhuǎn)變成具有放射性的碳-14，其分子量雖然比碳-12大，但化學(xué)性質(zhì)和碳-12 幾乎是一樣的，非常適合用來(lái)作為碳原子的標(biāo)記物，研究有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的細(xì)節(jié)。

卡曼發(fā)現(xiàn)碳-14的事情被芝加哥大學(xué)的物理學(xué)家威廉·利比（William Libby）知道了，他立刻意識(shí)到碳-14的性質(zhì)非常適合用來(lái)測(cè)年，只要假定大氣層中的碳-14含量是恒定的就行了。已知任何生命體中都含有碳，這些碳原子歸根結(jié)底全都來(lái)自空氣中的二氧化碳，通過(guò)光合作用被轉(zhuǎn)化成了有機(jī)碳，所以任何活著的生命體內(nèi)的碳-14和碳-12的比例都是和大氣中的比例是一樣的。一旦生命體死亡，它和環(huán)境的碳交換便終止了，從此體內(nèi)的碳-14只衰減，不增加，只要測(cè)出剩下的碳-14的比例，就可以知道生命體是何時(shí)死亡的。

這個(gè)思路并不難想到，利比的貢獻(xiàn)在于，他意識(shí)到碳-14是一種具有放射性的微量元素，其含量可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)測(cè)量放射性的蓋革計(jì)數(shù)器間接地測(cè)出來(lái)。蓋革計(jì)數(shù)器非常靈敏，可以測(cè)出極其微弱的放射性強(qiáng)度。否則的話，死亡生命體中含有的痕量碳-14是很難稱(chēng)量的。

只要想到這一層，剩下的事情就相對(duì)簡(jiǎn)單了。利比先測(cè)出樣品中含有的碳元素的總量，然后再用蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)出其中含有的碳-14的含量，就可以推算出樣品的年齡了。為了提高靈敏度，減少環(huán)境背景輻射導(dǎo)致的誤差，利比在樣本外面安裝了一圈蓋革計(jì)數(shù)器，先測(cè)出當(dāng)時(shí)的背景輻射值，再?gòu)臏y(cè)量值中減去就行了。

當(dāng)然了，這事現(xiàn)在說(shuō)起來(lái)容易，當(dāng)年做起來(lái)還是很困難的。自然界每一萬(wàn)億個(gè)碳原子中才有一個(gè)碳-14，每克碳中含有的碳-14每分鐘只會(huì)發(fā)生14次核裂變，碳-14的半衰期是5730年，也就是說(shuō)5730年前的樣品中的碳-14就只剩下一半了，這樣的一克樣品用蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)的話每分鐘只能記錄到7個(gè)信號(hào)，一不留神就錯(cuò)過(guò)了。當(dāng)年還沒(méi)有發(fā)明出自動(dòng)測(cè)量?jī)x，研究人員經(jīng)常要整日整夜地守在蓋革計(jì)數(shù)器前記錄信號(hào)，工作辛苦而又枯燥。好在利比招來(lái)的博士后研究員吉姆·阿諾德（Jim Arnold）是一個(gè)對(duì)古埃及歷史非常著迷的業(yè)余考古學(xué)家，他深知這項(xiàng)技術(shù)對(duì)埃及學(xué)研究的重要性，所以工作的時(shí)候特別忘我。

1942年6月，美國(guó)開(kāi)始實(shí)施研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”。圖為彼時(shí)美國(guó)田納西州東部橡樹(shù)嶺核工廠的工人們

經(jīng)過(guò)兩年沒(méi)日沒(méi)夜的工作，利比覺(jué)得這個(gè)方法成熟了，決定實(shí)際應(yīng)用一次。他們選擇的第一個(gè)具有考古意義的樣本來(lái)自紐約大都會(huì)博物館收藏的古埃及法老的木質(zhì)棺材，送來(lái)這件樣品的博物館館長(zhǎng)不知道阿諾德熟知古埃及歷史，一眼就猜出了樣本的大致年齡。不過(guò)阿諾德還是認(rèn)認(rèn)真真地測(cè)了一次，得出的結(jié)果是4650年，和他自己的估算值相當(dāng)吻合。

據(jù)阿諾德事后回憶，那是1948年6月的一個(gè)星期六的下午，同事們都回家了，只有他獨(dú)自一人留在實(shí)驗(yàn)室里做計(jì)算，當(dāng)他最終得到了那個(gè)神奇的數(shù)字后，屋子里卻沒(méi)人能夠分享他的喜悅。他意識(shí)到全世界只有他一個(gè)人知道放射性測(cè)年法是正確的，從此人類(lèi)終于可以為歷史文物標(biāo)上準(zhǔn)確的時(shí)間刻度了?！罢麄€(gè)下午我都處于一種癲狂的狀態(tài)中，不停地在屋子里走來(lái)走去，”阿諾德回憶說(shuō)，“人，就是為這樣的時(shí)刻而活著的。”

利比將這次測(cè)年的結(jié)果寫(xiě)成論文，發(fā)表在1949年3月出版的《科學(xué)》雜志上。不用說(shuō)，這篇論文立刻在學(xué)術(shù)界引起了轟動(dòng)，但利比并不放心，僅此一件樣品還不能說(shuō)明問(wèn)題，萬(wàn)一是巧合呢？于是他給芝加哥大學(xué)歷史系的一位老教授打電話求助，后者給他送來(lái)一塊據(jù)說(shuō)來(lái)自古埃及的家具樣品。沒(méi)想到測(cè)年的結(jié)果令他大跌眼鏡，這件樣品的放射性太強(qiáng)了，幾乎和來(lái)自當(dāng)代的木頭差不多。利比反反復(fù)復(fù)測(cè)了好幾次都是如此，那段時(shí)間他的心情沉重極了，以為這個(gè)方法沒(méi)戲了。一個(gè)月之后，他忍不住跑到那位老教授那里求解釋?zhuān)笳呗?tīng)后大笑一聲，說(shuō)道：“你很可能是對(duì)的！這件樣品來(lái)自一個(gè)開(kāi)羅的古董商，我一直懷疑他有造假的嫌疑！”

據(jù)利比回憶說(shuō)，他當(dāng)時(shí)差點(diǎn)打了這位老教授一拳。

這個(gè)小插曲雖然結(jié)局很美好，但卻讓利比看到了放射性同位素測(cè)年法的巨大威力。從此他為自己立了個(gè)規(guī)矩，堅(jiān)決不測(cè)具有宗教意義的樣品，因?yàn)樗辉傅米锝掏剑氯锹闊?。事?shí)證明利比的擔(dān)心有些多余，宗教和科學(xué)本來(lái)就是互相抵觸的兩件事情，教徒是不會(huì)相信科學(xué)測(cè)年法的。舉例來(lái)說(shuō)，被基督教徒和天主教徒視為圣物的耶穌裹尸布曾經(jīng)被3家實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地測(cè)過(guò)，結(jié)果都證明這是一件來(lái)自13或者14世紀(jì)的樣品，不可能是真品，倒是和它的發(fā)現(xiàn)年代一致。但教徒們根本不信，這件圣物至今仍然保存在意大利都靈的一座教堂里，每年都有成千上萬(wàn)的教徒專(zhuān)程過(guò)來(lái)瞻仰。

1949年底，利比的第二篇論文在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了。這次他測(cè)了6件文物樣品，結(jié)果全都和它們的已知年代非常相符。從此放射性測(cè)年法終于在全世界范圍內(nèi)火了起來(lái)，無(wú)數(shù)人拿來(lái)各種樣品請(qǐng)他們測(cè)。利比不得不專(zhuān)門(mén)成立了一個(gè)顧問(wèn)委員會(huì)，負(fù)責(zé)篩選最適合測(cè)年的樣品。

隨著樣品數(shù)量的增多，利比逐漸發(fā)現(xiàn)不少結(jié)果不太準(zhǔn)確，似乎存在系統(tǒng)性的誤差。后續(xù)研究找到了兩個(gè)主要原因：第一，碳-14測(cè)年法對(duì)污染非常敏感，如果樣品被新的微生物污染了，哪怕只有一點(diǎn)點(diǎn)霉斑，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真，尤其是年代久遠(yuǎn)的樣品，碳-14含量本來(lái)就少，稍微有一點(diǎn)污染都會(huì)帶來(lái)很大偏差。

第二，碳-14測(cè)年法的一個(gè)重要假定就是大氣中的碳-14濃度不變，但研究表明這個(gè)值不是恒定的，而是和宇宙射線的強(qiáng)度成正比。不過(guò)這個(gè)缺陷不是致命的，只要科學(xué)家想辦法搞清楚地球歷史上宇宙射線的強(qiáng)度變化情況，就可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到正確的年代。

這件事說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)很難，最終是一位來(lái)自?shī)W地利的核物理學(xué)家漢斯·蘇斯（Hans Suess）利用樹(shù)木年輪作為對(duì)照，解決了這個(gè)問(wèn)題。他發(fā)現(xiàn)樹(shù)木年輪的粗細(xì)和當(dāng)年的氣候因素密切相關(guān)，所以同一地區(qū)的所有樹(shù)木均會(huì)表現(xiàn)出同樣的變化模式。只要掌握了其中的規(guī)律，再和收集到的古老樹(shù)干進(jìn)行對(duì)比，就可以通過(guò)拼接的方式構(gòu)建出很長(zhǎng)的歷史時(shí)間段內(nèi)的年輪規(guī)律。舉例來(lái)說(shuō)，某地區(qū)一棵老樹(shù)已經(jīng)活了1000歲，科學(xué)家分析了這棵樹(shù)的年輪，構(gòu)建出了該地區(qū)最近1000年來(lái)的氣候變化規(guī)律，如果再能找到一棵已經(jīng)死亡了幾百年的千年老樹(shù)干，找出和那棵活樹(shù)相對(duì)應(yīng)的部分，兩者拼接起來(lái)，就有可能構(gòu)建出過(guò)去1500年的氣候變化曲線。依此類(lèi)推，長(zhǎng)達(dá)幾千年的樹(shù)木年輪史都可以通過(guò)這種方式被構(gòu)建出來(lái)。

蘇斯知道，樹(shù)干的年輪部分是死的，一旦形成就不再和外界進(jìn)行碳交換了，于是蘇斯從已知年齡的古樹(shù)年輪組織中采樣，測(cè)了碳-14，再和該年輪所對(duì)應(yīng)的年代相對(duì)比，就可以知道當(dāng)年的宇宙射線強(qiáng)度和現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)值相比到底有多大的差距，從而畫(huà)出歷年宇宙射線強(qiáng)度的校正曲線。蘇斯早在1969年的時(shí)候就利用這個(gè)辦法做出了過(guò)去7000年的宇宙射線校正曲線，后來(lái)世界各地都有人做出了類(lèi)似的曲線，結(jié)果都差不多。這可不是巧合，而是說(shuō)明這種校正方法是可靠的，因?yàn)楦鞯氐木植繗夂螂m然不同，但宇宙射線的強(qiáng)度應(yīng)該是一樣的。

總之，碳-14測(cè)年法的出現(xiàn)徹底改變了考古學(xué)的面貌，從此人類(lèi)的手中便多了一桿時(shí)間標(biāo)尺，終于可以把重要的歷史文物標(biāo)上年份了，學(xué)過(guò)歷史的都知道這件事的意義究竟有多么大。

更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了人類(lèi)的世界觀。以前人們普遍相信過(guò)去發(fā)生的事情如果沒(méi)有文字記錄的話是不可能被后人知道的，測(cè)年法幾乎相當(dāng)于一部時(shí)間穿梭機(jī)，讓現(xiàn)代人能夠穿越回古代去見(jiàn)證歷史。利比教授堪比穿越小說(shuō)里的魔法師，他向世人證明，科學(xué)比魔術(shù)厲害多了，因?yàn)橹挥锌茖W(xué)才能把想象真的變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

為了表彰利比對(duì)科學(xué)發(fā)展做出的杰出貢獻(xiàn)，諾獎(jiǎng)委員會(huì)將1960年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了他。對(duì)，真的是化學(xué)獎(jiǎng)，雖然利比是如假包換的物理學(xué)家。不過(guò)，利比并不是第一個(gè)被授予化學(xué)獎(jiǎng)的物理學(xué)家，盧瑟福早在1908年就拿到了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這兩位跨界人士都是研究放射性的，這不是巧合，因?yàn)榉派湫允且环N元素轉(zhuǎn)變成另一種元素的唯一途徑。當(dāng)年還有一位物理學(xué)家也想改變?cè)氐膶傩裕褪腔撕蟀肷臅r(shí)間專(zhuān)心研究所謂“煉金術(shù)”的牛頓。可惜他那個(gè)時(shí)代不太可能發(fā)現(xiàn)放射性，所以煉金術(shù)注定會(huì)以失敗告終。但我們不能因此而責(zé)怪牛頓晚節(jié)不保，科學(xué)研究就是這樣，在得到結(jié)果之前誰(shuí)也不敢保證自己的研究方向是正確的，我們不能僅憑成果論英雄，應(yīng)該鼓勵(lì)科學(xué)家勇于嘗試新領(lǐng)域，即使失敗了也是有意義的。

下面這個(gè)故事就是一個(gè)很好的例子。

鈾鉛測(cè)年法的意外之喜

碳-14測(cè)年法有個(gè)無(wú)法克服的困難，那就是可測(cè)量的年代范圍極為有限。因?yàn)樘?14的半衰期只有5730年，超過(guò)4萬(wàn)年的樣品中含有的碳-14就非常少了，測(cè)量結(jié)果會(huì)很不可靠?？茖W(xué)家們迫切需要找到新的放射性同位素，能夠把人類(lèi)的目光導(dǎo)向更遙遠(yuǎn)的過(guò)去，去丈量那深邃的時(shí)間。

于是，半衰期長(zhǎng)達(dá)數(shù)億年的鈾再次登上了測(cè)年的舞臺(tái)。

最早在這個(gè)領(lǐng)域取得突破的是芝加哥大學(xué)的核物理教授哈里森·布朗（Harrison Brown），他的辦公室就在利比的隔壁，兩人經(jīng)常在一起討論問(wèn)題，雙方都獲益匪淺。事實(shí)上，前文提到過(guò)的利用年輪來(lái)校正碳-14測(cè)量曲線的蘇斯也來(lái)自芝加哥大學(xué)，這可不是巧合。

眾所周知，美國(guó)在“二戰(zhàn)”期間實(shí)施了曼哈頓計(jì)劃，最終制造出了世界上第一顆原子彈。芝加哥大學(xué)被美國(guó)政府指定為曼哈頓計(jì)劃的一個(gè)重要的研究中心，聚集了一大批優(yōu)秀的核物理學(xué)家。戰(zhàn)后這批人并沒(méi)有離開(kāi)芝大，而是在校長(zhǎng)的挽留下繼續(xù)留在這里從事與核物理有關(guān)的科研工作，其中就包括新興的放射性測(cè)年研究。

利比和布朗都是這么留下來(lái)的。既然好友利比研究的是幾萬(wàn)年以?xún)?nèi)的測(cè)年技術(shù)，布朗便決定把目光放遠(yuǎn)一點(diǎn)，研究地球的年齡，半衰期很長(zhǎng)的鈾自然成為突破口。已知鈾的衰變終產(chǎn)物是鉛，這兩個(gè)元素都必須準(zhǔn)確地測(cè)出來(lái)，于是布朗教授招來(lái)了兩名研究生，共同負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目。一人名叫喬治·提爾頓（George Tilton），負(fù)責(zé)測(cè)量巖石中的鈾，另一人名叫克萊爾·派特森（Clair Patterson），負(fù)責(zé)測(cè)量巖石中的鉛。

雖然鈾是巖石中含量最高的放射性元素，但絕對(duì)含量仍然是非常小的，作為終產(chǎn)物的鉛含量就更低了，因此鈾鉛測(cè)年法面臨的最大障礙就是如何準(zhǔn)確測(cè)量鈾和鉛的含量。后來(lái)科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)，大自然中含有的鈾同位素有3種，鉛有4種，這就更增加了工作的難度。布朗教授之所以招來(lái)這兩位研究生，就是因?yàn)閮扇硕荚?jīng)在曼哈頓計(jì)劃中工作過(guò)，并因此而掌握了一門(mén)神奇的技術(shù)，正好可以派上用場(chǎng)。

這項(xiàng)技術(shù)就是大名鼎鼎的質(zhì)譜測(cè)定法（Mass Spectrometry）。顧名思義，這個(gè)方法的目的就是測(cè)量同位素的質(zhì)量。舉例來(lái)說(shuō)，給你一塊含鈾礦石，如何才能知道其中到底含有多少鈾-235、有多少鈾-238呢？用質(zhì)譜儀測(cè)一下就行了。這個(gè)方法的工作原理早在19世紀(jì)末期就搞清楚了，但真正被用于實(shí)踐則是曼哈頓工程的貢獻(xiàn)。這個(gè)例子從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)于人類(lèi)而言也不全是災(zāi)難，很多日后造福人類(lèi)的重大科技進(jìn)步都是在戰(zhàn)爭(zhēng)期間被發(fā)明出來(lái)的，質(zhì)譜儀、計(jì)算機(jī)和抗生素等等都是如此，核電站更是與曼哈頓計(jì)劃有很大關(guān)系。

布朗教授的兩位研究生利用自己在“曼哈頓計(jì)劃”中學(xué)到的技能，開(kāi)始嘗試用質(zhì)譜儀測(cè)量鈾和鉛的質(zhì)量。提爾頓首先完成了任務(wù)，但派特森卻進(jìn)展緩慢，測(cè)量結(jié)果總是有很大的誤差，嘗試了很多次都不行。按照常理，提爾頓是個(gè)勝利者，應(yīng)該被歌頌，派特森是個(gè)失敗者，很快就會(huì)被歷史遺忘，但科學(xué)是經(jīng)常不按常理出牌的一門(mén)學(xué)問(wèn)，派特森并沒(méi)有放棄努力，終于在嘗試了一年之后，意識(shí)到問(wèn)題可能出在污染上。不知什么原因，他的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工作人員的衣服甚至實(shí)驗(yàn)室的空氣中都含有微量的鉛，這些鉛在通常情況下不會(huì)干擾物理實(shí)驗(yàn)，但他測(cè)的是極其微量的鉛原子，這才惹了麻煩。

右圖：美國(guó)地質(zhì)化學(xué)家克萊爾·派特森。他不僅測(cè)出地球的準(zhǔn)確年齡，而且推動(dòng)美國(guó)禁止含鉛汽油的銷(xiāo)售

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這些痕量的鉛來(lái)自含鉛汽油的大量使用。上世紀(jì)20年代有人發(fā)現(xiàn)如果在汽油中混入一定比例的四乙基鉛，可以提高汽油的辛烷值，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆性能。隨著含鉛汽油的大量使用，人工添加的鉛混在汽車(chē)尾氣中進(jìn)入了大氣層、土壤和地表水中，導(dǎo)致現(xiàn)代人體內(nèi)的鉛含量比古代人高了1000多倍。

當(dāng)時(shí)的醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)證明，鉛是一種對(duì)人體有害的物質(zhì)，尤其會(huì)影響兒童的神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)青少年智力發(fā)育帶來(lái)不可逆的危害。石油公司當(dāng)然知道這件事，但他們?yōu)榱粟A利，極力掩蓋這個(gè)事實(shí)，直到派特森的研究結(jié)果證明鉛污染已經(jīng)無(wú)處不在，并將這一事實(shí)報(bào)告給了政府和公眾，這個(gè)謊言這才終于被戳穿了。

一個(gè)值得深思的細(xì)節(jié)是，布朗教授從石油公司那里獲得了不少贊助，因?yàn)槭凸居X(jué)得這項(xiàng)研究能夠幫助他們尋找新的油田。但當(dāng)派特森發(fā)現(xiàn)了鉛的問(wèn)題后，石油公司立即停止了資助。不但如此，石油公司還暗中給美國(guó)政府施壓，強(qiáng)迫他們削減給布朗實(shí)驗(yàn)室的研究經(jīng)費(fèi)，好在美國(guó)政府頂住了壓力，派特森的實(shí)驗(yàn)這才得以繼續(xù)進(jìn)行，并直接促成美國(guó)政府于1975年頒布了新法規(guī)，禁止新車(chē)使用含鉛汽油，強(qiáng)迫石油公司研制更安全的汽油抗爆技術(shù)。

派特森的師祖、芝加哥大學(xué)著名的美籍意大利物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米（Enrico Fermi）曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句話：“如果你做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到了你想要的結(jié)果，那么你只是完成了一次實(shí)驗(yàn)而已。但如果你做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到了你意想不到的結(jié)果，那么你就有了一個(gè)新發(fā)現(xiàn)。”派特森的故事再次驗(yàn)證了費(fèi)米的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)，這位1938年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主的確是科學(xué)史上罕見(jiàn)的天才。

更有意思的是，派特森本來(lái)從事的是一項(xiàng)和公眾健康沒(méi)有任何關(guān)系的純理論研究項(xiàng)目，最終卻拯救了無(wú)數(shù)人的身心健康。這個(gè)例子再次說(shuō)明，科學(xué)研究是很難預(yù)知結(jié)果的，那些看似沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的純理論研究，最終往往會(huì)以一種讓人意想不到的方式徹底改變?nèi)祟?lèi)的生活。

言歸正傳，接著講鈾鉛測(cè)年法的故事。派特森找到了誤差來(lái)源之后，想辦法解決了這個(gè)問(wèn)題，測(cè)出了巖石中的鉛的含量。再后來(lái)，他采用了一種從鈾鉛測(cè)年法推導(dǎo)出來(lái)的鉛鉛測(cè)年法測(cè)量了隕石內(nèi)含有的鉛同位素的含量，并和地球巖石做對(duì)比，終于測(cè)知地球的年齡是45.5億年。

不用說(shuō)，當(dāng)布朗教授把這個(gè)結(jié)果發(fā)表出來(lái)后，立刻引起了全世界的廣泛關(guān)注，但與此同時(shí)，這個(gè)結(jié)果也遭到了很多人的質(zhì)疑，全球有多家實(shí)驗(yàn)室都試圖證明這個(gè)結(jié)果是不正確的，但試來(lái)試去卻反而證明了這個(gè)結(jié)果的正確性。

如今45.5億年這個(gè)數(shù)字已經(jīng)成為科學(xué)界的共識(shí)，但相信這個(gè)數(shù)字的人遠(yuǎn)比相信碳-14測(cè)年法的人要少，原因在于碳-14測(cè)年法是被古文獻(xiàn)和樹(shù)木年輪校正過(guò)的，兩者都是直觀信息，可信度較高，普通人也很容易理解。地球的年齡則太過(guò)深邃，很難通過(guò)直覺(jué)去理解它。但其實(shí)鈾鉛測(cè)年法的邏輯鏈條也是非常完整的，對(duì)于專(zhuān)業(yè)人士來(lái)說(shuō)可信度也很高?？上Ы^大多數(shù)老百姓都只愿意相信自己能理解的事物，可他們的理解力又因?yàn)橹R(shí)面太窄而不足，所以才會(huì)有那么多人不相信科學(xué)測(cè)年法測(cè)出來(lái)的數(shù)字，寧愿選擇相信古人根據(jù)《圣經(jīng)》推算出來(lái)的結(jié)論。

上面這個(gè)矛盾在人類(lèi)起源的探索過(guò)程中也經(jīng)常會(huì)遇到，這也是為什么關(guān)于歷史或者未來(lái)的科普比關(guān)于當(dāng)下問(wèn)題的科普要難做很多倍的原因。多數(shù)人都更愿意相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，沒(méi)有意識(shí)到自己的眼睛往往很不可靠，邏輯推理的力量要遠(yuǎn)比自己的那點(diǎn)可憐的人生經(jīng)驗(yàn)要強(qiáng)大得多。

地球的斷代工程

利比和布朗分別解決了地球歷史上最近和最遠(yuǎn)年代的測(cè)年問(wèn)題，中間這漫長(zhǎng)的45億年該如何解決呢？

讓我們?cè)俅位氐脚ｎD的時(shí)代，他當(dāng)初之所以選擇用燒紅的鐵球估算地球年齡，原因在于他相信地球形成初期就是這樣的。這個(gè)想法可不是他憑空捏造出來(lái)的，而是英國(guó)煤礦工人的功勞。英倫三島盛產(chǎn)煤炭，這也是工業(yè)革命之所以首先誕生在英國(guó)的原因之一。煤礦工人們發(fā)現(xiàn)，隨著礦井越挖越深，溫度也越來(lái)越高，他們很自然地猜測(cè)地球內(nèi)部一定是非常炙熱的巖漿，現(xiàn)在我們知道這個(gè)想法是正確的。

除了這個(gè)發(fā)現(xiàn)外，煤礦工人們還發(fā)現(xiàn)地下巖石是分層的，各層之間的分界線非常清晰。17世紀(jì)中期有一位名叫尼古拉斯·斯丹諾（Nicolas Steno）的丹麥學(xué)者認(rèn)為，這些分界線的存在說(shuō)明巖石材料都是從水里慢慢沉積下來(lái)的，所以最早的巖層分界線都是水平的，而且越往上年紀(jì)越輕。這個(gè)推理現(xiàn)在想來(lái)可能不覺(jué)得怎樣，在當(dāng)時(shí)可是一個(gè)革命性的想法，斯丹諾因此被尊稱(chēng)為“地層學(xué)之父”。

下一個(gè)突破來(lái)自英國(guó)人威廉·史密斯（William Smith），他是一位地質(zhì)工程師，經(jīng)常跟隨礦工下井，發(fā)現(xiàn)了很多化石。過(guò)去歐洲人一直認(rèn)為化石是上帝造出來(lái)逗大家玩的，因?yàn)檫@些化石雖然很像某些現(xiàn)在還活著的生物，但卻又有很多明顯的不同。到了17世紀(jì)，終于有人意識(shí)到這些化石很可能是曾經(jīng)在地球上生活過(guò)的古生物的遺骸，如今已經(jīng)滅絕了。

史密斯更進(jìn)了一步，他發(fā)現(xiàn)礦井內(nèi)的地層厚度雖然不一樣，但化石出現(xiàn)的順序都是一致的，完全可以根據(jù)化石的不同把全英國(guó)的地質(zhì)層面納入同一套體系之中。1799年他出版了世界上第一本著色的地層圖，1813年又出版了至今仍然沒(méi)有過(guò)時(shí)的英格蘭、威爾士和蘇格蘭地層圖，從此一門(mén)嶄新的學(xué)問(wèn)——生物地層學(xué)誕生了。

要知道，進(jìn)化論當(dāng)時(shí)還沒(méi)有問(wèn)世，但史密斯已經(jīng)意識(shí)到化石可以按照時(shí)間來(lái)排序，這是個(gè)非常了不起的發(fā)現(xiàn)。英國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家查爾斯·萊爾（Charles Lyell）就是在史密斯的啟發(fā)下，寫(xiě)出了那本劃時(shí)代的著作《地質(zhì)學(xué)原理》。年輕的達(dá)爾文在乘坐“小獵犬號(hào)”帆船環(huán)游世界時(shí)，行囊里就裝著這本書(shū)。我們甚至可以說(shuō)，正是這本書(shū)中提出的思想，啟發(fā)了達(dá)爾文寫(xiě)出了《物種起源》。

到了19世紀(jì)中期，第一張地質(zhì)年表終于被地質(zhì)學(xué)家們構(gòu)建出來(lái)了。最開(kāi)始的年表很簡(jiǎn)單，即最古老的為第一紀(jì)，距離我們最近的為第四紀(jì)。之后，隨著知識(shí)的更新，大家耳熟能詳?shù)暮浼o(jì)、侏羅紀(jì)、更新世之類(lèi)的名詞也開(kāi)始出現(xiàn)了。毫不夸張地說(shuō)，這張年表是地質(zhì)學(xué)對(duì)人類(lèi)所做的最大貢獻(xiàn)，因?yàn)樗鼮槿祟?lèi)了解地球歷史提供了一個(gè)基本的框架。從此，無(wú)論是地球的發(fā)展史還是生命的進(jìn)化歷程都可以在這個(gè)框架內(nèi)被討論了。

關(guān)于地質(zhì)年表的故事完全可以單獨(dú)寫(xiě)一本書(shū)，本文的讀者只需要知道兩件事就行了。第一，起碼從化石層面來(lái)看，生命的進(jìn)化過(guò)程似乎不是連續(xù)漸進(jìn)的，而是被分成了一個(gè)個(gè)階段，每個(gè)階段都始于一次物種大滅絕事件，絕大部分在上個(gè)階段稱(chēng)霸地球的物種都消失了，代之以一大批全新的物種。第二，每一種化石都是和周?chē)某练e物一起被埋入地下的，因此每一種生物生活的年代都可以通過(guò)對(duì)同一層沉積物的測(cè)年而被估算出來(lái)。

當(dāng)然了，19世紀(jì)時(shí)的地質(zhì)學(xué)家連最基本的測(cè)年法都沒(méi)有掌握，他們只知道各種化石出現(xiàn)的相對(duì)順序，對(duì)每一個(gè)地質(zhì)年代的具體時(shí)間一無(wú)所知。直到放射性測(cè)年法出現(xiàn)后，人類(lèi)終于知道了各種生命類(lèi)型出現(xiàn)的時(shí)間，這為科學(xué)家研究生命的進(jìn)化過(guò)程提供了重要依據(jù)。

下面簡(jiǎn)要介紹四種比較常見(jiàn)的巖石測(cè)年法。

第一，鈾系法。自然界含量最高的鈾同位素是鈾-238，這種同位素在衰變?yōu)榻K產(chǎn)物鉛-206之前，還要經(jīng)過(guò)8次核裂變，每次均會(huì)釋放出一個(gè)氦原子。這一系列衰變的中間產(chǎn)物都可以用來(lái)測(cè)年，鈾系法因此得名。此法比較適合用來(lái)測(cè)定碳酸鹽地層的年代，常用于測(cè)量洞穴堆積物、骨化石和牙齒化石的年齡，在古人類(lèi)化石研究中有著廣泛的應(yīng)用，前言中提到的道縣牙齒化石的年齡就是用鈾系法測(cè)出來(lái)的。

第二，鉀氬測(cè)年法。鉀是地殼中含量很高的一種放射性元素，鉀-40會(huì)衰變成氬-40，后者是一種氣體，因此火山噴發(fā)時(shí)熔巖中原有的氬氣都會(huì)揮發(fā)掉，這就相當(dāng)于一次清零的過(guò)程。當(dāng)火山熔巖重新凝結(jié)成固體后，新生成的氬氣會(huì)被禁錮在巖石中，再也跑不掉了。只要測(cè)出火山巖或者火山灰中氬氣的含量，再和其中含有的鉀做對(duì)比，就可以算出上一次火山爆發(fā)究竟發(fā)生在何時(shí)。這個(gè)方法非常適合于測(cè)量被火山灰覆蓋的化石年代，人類(lèi)化石的熱點(diǎn)地區(qū)東非大裂谷恰好就是著名的地質(zhì)活躍帶，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)很多次火山爆發(fā)，用這個(gè)方法可以很精確地測(cè)出夾在火山灰層之間的化石年齡。

第三，古地磁測(cè)年法。地球磁場(chǎng)不是恒定不變的，其強(qiáng)度和方向一直在不停地變化，歷史上甚至還發(fā)生過(guò)多次南北磁極徹底顛倒的現(xiàn)象。研究顯示，最近的一次磁極翻轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬(wàn)年前，算是間隔比較久的一次了，因此科學(xué)家們預(yù)計(jì)下一次磁極翻轉(zhuǎn)很可能即將發(fā)生，年輕讀者也許會(huì)在有生之年親眼看到。地殼中的很多礦物質(zhì)都有磁性，它們?cè)谑軣岷罄鋮s或者沉積的過(guò)程中會(huì)因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的影響而表現(xiàn)出一定的方向性，這就相當(dāng)于把那一時(shí)刻的地球磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度記錄了下來(lái)。地質(zhì)學(xué)家們?cè)诓杉瘶悠窌r(shí)先記錄其方向，再在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量樣品的剩磁方向，就可以知道該巖石樣本在形成或沉積時(shí)地球磁場(chǎng)的極性。最后再將這個(gè)信息放在已經(jīng)建立好的地球磁極變化歷史框架內(nèi)，就可以知道該樣本的大致年代了。

第四，光釋光測(cè)年法。自然界的大部分晶體里肯定都會(huì)有雜質(zhì)和缺陷，這些雜質(zhì)和缺陷會(huì)把路過(guò)的電子吸引過(guò)去，并滯留在那里。此時(shí)如果遇到諸如加熱或者強(qiáng)光的照射，這些電子獲得了能量，就會(huì)一哄而散，消失殆盡。太陽(yáng)光是很強(qiáng)的光源，所以這些晶體一旦暴露在陽(yáng)光下，就相當(dāng)于完成了一次清零的過(guò)程。此時(shí)如果用土把晶體蓋住，讓它再也見(jiàn)不到陽(yáng)光，那么泥土中的微量放射性元素的衰變所釋放的電子就會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)地被晶體缺陷吸引過(guò)去，并儲(chǔ)存在那里，儲(chǔ)存量和時(shí)間成正比，直到飽和為止?？脊艑W(xué)家只要把和化石埋藏在同一地層的土壤保存在不透光的容器中運(yùn)回專(zhuān)門(mén)的光釋光實(shí)驗(yàn)室，分離出土壤中的礦物晶體，用不同波段的光一照，儲(chǔ)存在晶體中的電子就會(huì)以光的形式釋放出來(lái)，釋放出的光越強(qiáng)，這個(gè)晶體距離上一次見(jiàn)光的時(shí)間就越久。這個(gè)方法非常適合測(cè)量含有石英和長(zhǎng)石晶體的沉積層的年齡，前言中提到的許昌人頭骨化石的年齡就是用這個(gè)方法測(cè)出來(lái)的。

有了上述工具，科學(xué)家們終于知道了所有地質(zhì)年代的時(shí)間跨度，也可以相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)知幾乎所有化石的生存年代。至此，舞臺(tái)和道具都已準(zhǔn)備好了，就等考古學(xué)家和人類(lèi)學(xué)家們登場(chǎng)，為我們解開(kāi)人類(lèi)起源之謎。