地球的編年史：為地球測年的科學家

說到認識世界，有兩個基本問題是躲不開的。一個是這個世界有多大，另一個就是這個世界有多老。這是兩個定量的問題，毫無疑問都是有準確答案的，但對於一個剛剛從混沌時代走出來的人來說，這兩個問題都無異於天問，只有上帝才能解答。

但是，正如達爾文曾經說過的那樣，越是無知的人，就越會覺得很多問題都是不可能找到答案的。只有真正的智者才會相信任何問題都是可以被解決的，這樣的智者雖然人數很少，卻是人類的進步之源。從17世紀開始，先後有好幾位人類當中的佼佼者，主動向這兩個天問發起了挑戰。

地球的編年史（節選）

文 | 袁越

要想揭開人類起源的奧秘，首先必須掌握測年技術。這項技術相當於一把帶有時間刻度的標尺，地質學家和考古學家就是用這把標尺丈量深邃的時間，從而揭開了地球和人類的秘密。

深邃的時間

17世紀的一位愛爾蘭主教詹姆斯·厄謝爾（James Ussher）根據《聖經》中記載的各種人物的家譜關係，計算出上帝是在公元前4004年10月22日創造了地球。這位主教被當時的歐洲人公認為一位學識淵博的神學家，他得出的這個數字被視為真理。於是，當年的歐洲基督徒大都相信我們這個世界只存在了不到6000年。

17世紀的歐洲剛剛從中世紀的黑暗中走出來，地理大發現打開了歐洲人的視野，不少有識之士開始懷疑《聖經》的權威性，嘗試著用理性思考代替宗教教條去認識這個世界，正是這批人揭開了歐洲啟蒙運動的序幕。

這場運動的中心是蘇格蘭首府愛丁堡，號稱“北方的雅典”，從這座城市走出了亞當·斯密、詹姆斯·瓦特和大衛·休謨等一大批思想家和科學家，對人類文明的發展做出了重要的貢獻。蘇格蘭地質學家詹姆斯·赫頓（James Hutton）也是從這個“愛丁堡文化圈”裡走出來的一位啟蒙運動的重量級人物。他原本是一個農場主，在實踐中逐漸意識到莊稼所仰仗的地表土壤來自岩石的不斷風化和侵蝕，而當土壤顆粒等沉積物沉入地下後，又會在高溫高壓的作用下逐漸變成岩石，這是一個循環往復的過程，“沒有開始，也沒有結束”（No vestige of a beginning，no prospect of an end）。

1788年，赫頓發表了一篇重要論文，題目就叫作《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程並不神秘，而是和蒸汽機等機械一樣，都是可以用基本的物理法則推算出來的。更重要的是，他相信地質活動是一個極其漫長的過程，地球的年齡遠比6000年要長得多。

如今，赫頓被公認為“古典地質學之父”，他提出的很多地質學基本概念都已得到了驗證。後來一位名叫約翰·邁克菲（John McPhee）的美國作家發明了“深時”（deep time）這個詞，很好地概括了赫頓的理論。

被公認為“古典地質學之父”的蘇格蘭地質學家詹姆斯·赫頓，他建立的古典地質學基本框架一直沿用至今

在赫頓之前，人們喜歡用“漫長”（long）這個詞來形容時間，但這個詞不夠準確，多長算長呢？6000年當然也可以算是很漫長的時間了，但這個時間跨度仍然是人類憑經驗可以想象得出的。赫頓則認為，真正的地質時間遠遠超出了人類的想象，地球的歷史就像大海那樣深不見底，用“深邃”（deep）這個詞來形容才是最恰當的。

“深不見底”還有個同義詞叫作“深不可測”。確實，赫頓時代的地質學只能做定性研究，因為當時的科技發展水平還很落後，無法給出定量的結論。但是，當啟蒙運動把上帝這個角色排除出去之後，人們便意識到這個世界是客觀存在的，支配世界運行的是客觀規律，因此是可以被準確認識的。

說到認識世界，有兩個基本問題是躲不開的。一個是這個世界有多大，另一個就是這個世界有多老。這是兩個定量的問題，毫無疑問都是有準確答案的，但對於一個剛剛從混沌時代走出來的人來說，這兩個問題都無異於天問，只有上帝才能解答。

但是，正如達爾文曾經說過的那樣，越是無知的人，就越會覺得很多問題都是不可能找到答案的。只有真正的智者才會相信任何問題都是可以被解決的，這樣的智者雖然人數很少，卻是人類的進步之源。從17世紀開始，先後有好幾位人類當中的佼佼者，主動向這兩個天問發起了挑戰。

地球的年齡

最先嚐試解決這個問題的人叫艾薩克·牛頓（Isaac Newton）。對，就是那個著名的牛頓。他雖然是個物理學家，但對任何富有挑戰意義的科學問題都很感興趣。當時的人們已經知道地球曾經是個炙熱的大鐵球，牛頓找人制作了一個直徑1英寸（約等於2.54釐米）的小鐵球，通過實驗知道這個鐵球從紅熱狀態冷卻到室溫要花至少一個小時。他把這個數據換算成地球的大小，得出的結論是5萬年。雖然還是太短，但已經比厄謝爾主教的6000年長了很多。

但是，牛頓畢竟不是熱力學家，他的算法存在很多漏洞。最終還是一個名叫威廉·湯姆森（William Thomson）的人出馬，這才給出了一個更為可信的結論。提起湯姆森大家可能不太熟悉，但他後來的封號開爾文男爵（Lord Kelvin）大家一定很熟悉。對，就是作為熱力學溫標單位的那個開爾文。這位男爵一生勤勉有加，在很多領域都做出過傑出貢獻。他最大的貢獻首推熱力學第一定律（能量守恆）和第二定律（熵增定律）。這是熱力學領域的兩個極為重要的定律，不但為現代物理學奠定了基礎，還為英國工業革命的兩大基石——蒸汽機和電動機的發明找到了理論依據。

英國著名科學家威廉·湯姆森，封號開爾文男爵（攝於1880 年）。他的最大貢獻首推熱力學第一定律和第二定律，這是熱力學領域最重要的兩個定律，為現代物理學奠定了基礎

開爾文男爵是權威中的權威，當他通過自己的計算得出了9800萬年這個數字後，便很少有人敢反駁他了。後來還是一位來自美國的科學家指出，地球內部的壓力非常大，散熱效率會因此而不同。他修正後的結果是2400萬年。但開爾文男爵從一開始就知道他的計算誤差非常大，所以給出了2000萬—4億年這樣一個巨大的誤差範圍。2400萬年處於這個範圍以內，所以開爾文男爵並沒有表示反對。

除了熱力學方法之外，來自愛爾蘭的地理學家約翰·喬利（John Joly）還提出了測量海水含鹽量的方法。他假定地球誕生初期海水都是淡水，此後河流不斷把陸地上的鹽分帶進海中，日積月累海水便成為鹽水了。他計算了全球所有河流的輸鹽量，再和現在的海洋總鹽量做對比，得出了9000萬年這個數字。

另一個值得一提的方法是喬治·達爾文（George Darwin）提出來的，他是著名的查爾斯·達爾文的兒子。他假定月球是在地球形成初期自轉速度還很快的時候被甩出去的，此後兩者的引力相互作用導致減速，最終達到了現在這個相對較慢的自轉速度。他根據這個理論計算出來的數字是5000萬—6000萬年，和其他算法的數量級差不多。

現在我們知道，這幾個數字距離真實年齡都差了兩個數量級，原因在於當時的科學家對於這個世界的瞭解還不夠充分，前提條件是錯誤的。比如，開爾文男爵採用的熱力學計算法就至少犯了兩個錯誤：一是沒有考慮到地球內部岩漿的對流，這會改變熱傳導的速率；二是沒有考慮到地球內部蘊含的放射性元素所導致的持續增溫效應。有趣的是，最終正是後者幫助人類測得了地球的真實年齡。

放射性現象很可能是人類近100多年來發現的最重要的自然現象。放射性（radioactivity）這個詞雖然是居里夫人發明的，他們夫婦二人也對放射性現象的研究做出過卓越的貢獻，但真正在理論上把這一現象解釋清楚的人還得說是出生於新西蘭的英國物理學家歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford），他被公認為“核物理之父”。正是他第一個意識到產生放射性的原因是原子核裂變，這一過程不但改變了原子的屬性，還會產生巨大的能量，這就預言了原子彈的誕生，還順帶解釋了地球內部為什麼溫度一直如此之高。

有個小插曲很有意思。1904年，年僅35歲的盧瑟福應邀去倫敦皇家學會（相當於英國科學院）發表演講。事先他準備在會上提一下放射性元素會產生熱量這一新發現，並以此來解釋為什麼開爾文男爵計算的地球年齡有誤差。沒想到開爾文男爵那天也在場，盧瑟福心裡十分緊張，因為開爾文男爵是公認的學術權威，當年還是個初生牛犢的盧瑟福可不敢得罪這位當時已經80歲的泰斗級人物。演講中途，盧瑟福發現開爾文男爵的眼睛閉上了，他以為老先生睡著了，於是便大著膽子講起了地球年齡的問題。誰知一直在閉目養神的開爾文男爵突然睜開了眼睛，把講臺上正在侃侃而談的盧瑟福驚出了一身冷汗。盧瑟福靈機一動，馬上改口說其實開爾文男爵很早就在論文裡指出，他那個熱力學測年法只有在地球內部沒有新的熱源的情況下才是正確的，所以正是開爾文男爵最早預言了放射性現象的存在！講到這裡，盧瑟福用眼角餘光掃了一眼開爾文男爵，只見他坐直了身子，臉上露出了讚許的微笑，盧瑟福這才長出了一口氣。

“ 核物理之父” 歐內斯特· 盧瑟福， 他的發現為放射性測年法奠定了理論基礎

不過，開爾文男爵並沒有認錯，他直到生命的最後一刻仍然堅信自己的計算是正確的，地球只有幾千萬年的壽命。由此看出，科學家絕不都是一些不食人間煙火的怪人。科學圈也和其他圈子一樣，存在著權威打壓小輩的情況。一個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。

再接著說盧瑟福。他對放射性研究所做的最大貢獻就是首次提出原子核衰變遵循的是嚴格的指數規則，即衰變速率只和未衰變原子核的數量成正比，和環境溫度、壓力、化合物分子式等物理化學屬性沒有任何關係。這個發現促成了半衰期這個概念的出現，為人類最終發明出放射性測年法奠定了理論基礎。

簡單來說，如果一開始我們有400萬個A原子，100年後只剩下了200萬個，其餘的都衰變掉了，那麼我們就可以說，A原子的半衰期是100年，即每100年衰變一半。再過100年之後，我們手裡會剩下100萬個A原子，再過100年還會剩下50萬個，依次類推。於是，假定我們知道某件物體在初始狀態時含有400萬個A原子，某個時間點測量的結果是100萬個A原子，我們就可以知道這個時間點距離初始狀態剛好過去了200年。

盧瑟福發現放射性的這個秘密之後，立刻就意識到這是大自然為人類提供的一臺調校精準的天然計時器。如果科學家能夠找到解讀這座時鐘的法門，就可以測出地球的年齡了。盧瑟福是一個動手能力很強的人，他立即開始嘗試用這個方法測量岩石的年齡。他從地質學家朋友那裡弄來幾塊年齡很老的石頭，測量了蘊藏在岩石中的氦氣的質量。當時他已經知道鈾裂變後會生成氦氣，只要測出岩石中氦的含量，就可以估算出岩石的年齡了。

1905年，盧瑟福在耶魯大學做了一個關於放射性測年的科學報告，首次向全世界介紹了放射性測年的原理。初步測量結果顯示，那幾塊岩石的年齡都在5億年以上，比開爾文男爵的測量結果大一個數量級。即便如此，盧瑟福仍然堅持認為地球的實際年齡肯定比5億年還要長，因為岩石中的氦氣很可能會漏掉一部分，導致測量結果偏小。事實證明盧瑟福是對的，地球壽命比5億年還要再大一個數量級。

雖然盧瑟福是第一個用放射性原理估算岩石年齡的人，但他興趣廣泛，很快就把注意力放到其他地方去了。此後爆發的兩次世界大戰導致全球動盪，沒人再有心思研究這事了。直到“二戰”結束，這才有人重新開始琢磨如何解讀這座天然時鐘，地球的秘密終於被揭開了。

碳-14測年法的誕生

上一節的敘述方式很可能會給讀者留下一個“放射性測年很容易”的印象，其實這個方法難度極大，原因在於科學家面對的是在大自然中含量極低的放射性同位素，對於測量儀器的靈敏度和精確度的要求都特別高。另外，對實驗材料初始狀態的判定也是一件非常困難的事情，所以最先取得突破的並不是自然界最常見的放射性同位素鈾，而是碳-14。

碳-14最初是被加州大學伯克利分校的化學家馬丁·卡門（Martin Kamen）發現的，他為了研究光合作用機理，需要找到一個方法標記碳原子。自然界的碳原子大都是沒有放射性的碳-12，但是地球高空大氣中的氮氣會在宇宙射線的轟擊下源源不斷地轉變成具有放射性的碳-14，其分子量雖然比碳-12大，但化學性質和碳-12幾乎是一樣的，非常適合用來作為碳原子的標記物，研究有機化學反應的細節。

1941 年1 月1 日，美國化學家馬丁·卡門在進行光合作用實驗。他在研究光合作用機理時發現了碳-14

卡門發現碳-14的事情被芝加哥大學的物理學家威廉·利比（William Libby）知道了，他立刻意識到碳-14的性質非常適合用來測年，只要假定大氣層中的碳-14含量是恆定的就行了。已知任何生命體中都含有碳，這些碳原子歸根到底全都來自空氣中的二氧化碳，通過光合作用被轉化成了有機碳，所以任何活著的生命體內的碳-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，它和環境的碳交換便終止了，從此體內的碳-14只衰減，不增加，只要測出剩下的碳-14的比例，就可以知道生命體是何時死亡的。

這個思路並不難想到。利比的貢獻在於，他意識到碳-14是一種具有放射性的微量元素，其含量可以通過專門測量放射性的蓋革計數器間接地測出來。蓋革計數器非常靈敏，可以測出極其微弱的放射性強度。否則的話，死亡生命體中含有的痕量碳-14是很難稱量的。

只要想到這一層，剩下的事情就相對簡單了。利比先測出樣品中含有的碳元素的總量，然後再用蓋革計數器測出其中碳-14的含量，就可以推算出樣品的年齡了。為了提高靈敏度，減少環境背景輻射導致的誤差，利比在樣本外面安裝了一圈蓋革計數器，先測出當時的背景輻射值，再從測量值中減去就行了。

當然了，這事現在說起來容易，當年做起來還是很困難的。自然界每1萬億個碳原子中才有一個碳-14，每克碳中含有的碳-14每分鐘只會發生14次核裂變，碳-14的半衰期是5730年，也就是說5730年前的樣品中的碳-14就只剩下一半了，這樣的1克樣品用蓋革計數器測的話每分鐘只能記錄到7個信號，一不留神就錯過了。當年還沒有發明出自動測量儀，研究人員經常要整日整夜地守在蓋革計數器前記錄信號，工作辛苦而又枯燥。好在利比招來的博士後研究員吉姆·阿諾德（Jim Arnold）是一個對古埃及歷史非常著迷的業餘考古學家，他深知這項技術對埃及學研究的重要性，所以工作的時候特別忘我。

經過兩年沒日沒夜的工作，利比覺得這個方法成熟了，決定實際應用一次。他們選擇的第一個具有考古意義的樣本來自紐約大都會博物館收藏的古埃及法老的木質棺材，送來這件樣品的博物館館長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。不過阿諾德還是認認真真地測了一次，得出的結果是4650年，和他自己的估算值相當吻合。

阿諾德事後回憶，1948年6月的一個星期六的下午，同事們都回家了，只有他獨自一人留在實驗室裡做計算。當他最終得到了那個神奇的數字後，屋子裡卻沒人能夠分享他的喜悅。他意識到全世界只有他一個人知道放射性測年法是正確的，從此人類終於可以為歷史文物標上準確的時間刻度了。“整個下午我都處於一種癲狂的狀態中，不停地在屋子裡走來走去。”阿諾德回憶說，“人，就是為這樣的時刻而活著的。”

發明碳-14 測年法的芝加哥大學物理學家威廉·利比

利比將這次測年的結果寫成論文，發表在1949年3月出版的《科學》雜誌上。不用說，這篇論文立刻在學術界引起了轟動，但利比並不放心，僅此一件樣品還不能說明問題，萬一是巧合呢？於是他給芝加哥大學歷史系的一位老教授打電話求助，後者給他送來一塊據說來自古埃及的傢俱樣品。沒想到測年的結果令他大跌眼鏡，這件樣品的放射性太強了，幾乎和來自當代的木頭差不多。利比反反覆覆測了好幾次都是如此，那段時間他的心情沉重極了，以為這個方法沒戲了。一個月之後，他忍不住跑到那位老教授那裡尋求解釋，後者聽後大笑一聲，說道：“你很可能是對的！這件樣品來自一個開羅的古董商，我一直懷疑他有造假的嫌疑！”利比回憶說，他當時差點打這位老教授一拳。

這個小插曲雖然結局很美好，卻讓利比看到了放射性同位素測年法的巨大威力。從此他為自己立了個規矩，堅決不測具有宗教意義的樣品，因為他不願得罪教徒，怕惹麻煩。事實證明，利比的擔心有些多餘。宗教和科學本來就是互相牴觸的兩件事情，教徒是不會相信科學測年法的。舉例來說，被基督教徒和天主教徒視為聖物的耶穌裹屍布曾經被三家實驗室獨立地測試過，結果都證明這是一件來自13世紀或者14世紀的樣品，不可能是真品，倒是和它的發現年代一致。但教徒們根本不信，這件聖物至今仍然保存在意大利都靈的一座教堂裡，每年都有成千上萬的教徒專程過來瞻仰。

1949年底，利比的第二篇論文在《科學》雜誌上發表了。這次他測了六件文物樣品，結果全都和它們的已知年代非常相符。從此放射性測年法終於在全世界範圍內火了起來，無數人拿來各種樣品請他們測。利比不得不專門成立了一個顧問委員會，負責篩選最適合測年的樣品。

隨著樣品數量的增多，利比逐漸發現不少結果不太準確，似乎存在系統性的誤差。後續研究找到了兩個主要原因：第一，碳-14測年法對汙染非常敏感，如果樣品被新的微生物汙染了，哪怕只有一點點黴斑，都會導致測量數據嚴重失真。尤其是年代久遠的樣品，碳-14含量本來就少，稍微有一點汙染都會帶來很大偏差。第二，碳-14測年法的一個重要假定就是大氣中的碳-14濃度不變，但研究表明這個值不是恆定的，而是和宇宙射線的強度成正比。不過這個缺陷不是致命的，只要科學家想辦法搞清楚地球歷史上宇宙射線的強度變化情況，就可以對測量數據進行校正，得到正確的年代。

這件事說起來容易，做起來很難，最終是一位來自奧地利的核物理學家漢斯·蘇斯（Hans Suess）利用樹木年輪作為對照，解決了這個問題。他發現樹木年輪的粗細和當年的氣候因素密切相關，所以同一地區的所有樹木均會表現出同樣的變化模式。只要掌握了其中的規律，再和收集到的古老樹幹進行對比，就可以通過拼接的方式構建出很長的歷史時間段內的年輪規律。舉例來說，某地區一棵老樹已經活了1000歲，科學家分析了這棵樹的年輪，構建出了該地區最近1000年來的氣候變化規律，如果再能找到一棵已經死亡了幾百年的千年老樹幹，找出和那棵活樹相對應的部分，兩者拼接起來，就有可能構建出過去1500年的氣候變化曲線。依次類推，長達幾千年的樹木年輪史都可以通過這種方式被構建出來。

蘇斯知道，樹幹的年輪部分是死的，一旦形成就不再和外界進行碳交換了，於是蘇斯從已知年齡的古樹年輪組織中採樣，測了碳-14，再和該年輪所對應的年代相對比，就可以知道當年的宇宙射線強度和現在的標準值到底有多大的差距，從而畫出歷年宇宙射線強度的校正曲線。蘇斯早在1969年就利用這個辦法做出了過去7000年的宇宙射線校正曲線，後來世界各地都有人做出了類似的曲線，結果都差不多。這可不是巧合，而是說明這種校正方法是可靠的，因為各地的局部氣候雖然不同，但宇宙射線的強度應該是一樣的。

總之，碳-14測年法的出現徹底改變了考古學的面貌，從此人類的手中便多了一杆時間標尺，終於可以把重要的歷史文物標上年份了。學過歷史的人都知道這件事的意義究竟有多麼大。

更重要的是，這項技術的出現徹底改變了人類的世界觀。以前人們普遍相信過去發生的事情如果沒有文字記錄的話是不可能被後人知道的，測年法幾乎相當於一部時光穿梭機，讓現代人能夠穿越回古代去見證歷史。利比教授堪比穿越小說裡的魔法師，他向世人證明，科學比魔術厲害多了，因為只有科學才能把想象變為現實。

為了表彰利比對科學發展做出的傑出貢獻，諾獎委員會將1960年的諾貝爾化學獎授予了他。對，真的是化學獎，雖然利比是如假包換的物理學家。不過，利比並不是第一個被授予化學獎的物理學家，盧瑟福早在1908年就拿到了諾貝爾化學獎。這兩位跨界人士都是研究放射性的，這不是巧合，因為放射性是一種元素轉變成另一種元素的唯一途徑。當年還有一位物理學家也想改變元素的屬性，他就是花了後半生的時間專心研究所謂“鍊金術”的牛頓。可惜他那個時代不太可能發現放射性，所以鍊金術註定會以失敗告終。但我們不能因此而責怪牛頓晚節不保，科學研究就是這樣，在得到結果之前誰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，應該鼓勵科學家勇於嘗試新領域，即使失敗了也是有意義的。

下面這個故事就是一個很好的例子。

鈾鉛測年法的意外之喜

碳-14測年法有個無法克服的困難，那就是可測量的年代範圍極為有限。因為碳-14的半衰期只有57

於是，半衰期長達數億年的鈾再次登上了測年的舞臺。

最早在這個領域取得突破的是芝加哥大學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，兩人經常在一起討論問題，雙方都獲益匪淺。事實上，前文提到過的利用年輪來校正碳-14測量曲線的蘇斯也來自芝加哥大學，這可不是巧合。

眾所周知，美國在“二戰”期間實施了“曼哈頓計劃”，最終制造出了世界上第一顆原子彈。芝加哥大學被美國政府指定為“曼哈頓計劃”的一個重要的研究中心，聚集了一大批優秀的核物理學家。戰後這批人並沒有離開芝加哥大學，而是在校長的挽留下繼續留在這裡從事與核物理有關的科研工作，其中就包括新興的放射性測年研究。

利比和布朗都是這麼留下來的。既然好友利比研究的是幾萬年以內的測年技術，布朗便決定把目光放遠一點，研究地球的年齡，半衰期很長的鈾自然成為突破口。已知鈾的衰變終產物是鉛，這兩個元素都必須被準確地測出來，於是布朗教授招來了兩名研究生，共同負責這個項目。一人名叫喬治·提爾頓（George Tilton），負責測量岩石中的鈾，另一人名叫克萊爾·派特森（Clair Patterson），負責測量岩石中的鉛。

芝加哥大學的核物理教授哈里森·布朗，岩石的放射性測年法正是在他的實驗室做出來的

雖然鈾是岩石中含量最高的放射性元素，但絕對含量仍然是非常小的，作為終產物的鉛含量就更低了，因此鈾鉛測年法面臨的最大障礙就是如何準確測量鈾和鉛的含量。後來科學家們又發現，大自然中含有的鈾同位素有三種，鉛有四種，這就更增加了工作的難度。布朗教授之所以招來這兩位研究生，是因為兩人都曾經在“曼哈頓計劃”中工作過，並因此掌握了一門神奇的技術，正好可以派上用場。

這項技術就是大名鼎鼎的質譜測定法（Mass Spectrometry）。顧名思義，這個方法的目的就是測量同位素的質量。舉例來說，給你一塊含鈾礦石，如何才能知道其中到底含有多少鈾-235、多少鈾-238呢？用質譜儀測一下就行了。這個方法的工作原理早在19世紀末就搞清楚了，但真正被用於實踐則是“曼哈頓計劃”的貢獻。這個例子從一個側面說明，戰爭對於人類而言也不全是災難，很多日後造福人類的重大科技進步都是在戰爭期間被髮明出來的，質譜儀、計算機和抗生素等都是如此，核電站更是與“曼哈頓計劃”有很大關係。

布朗教授的兩位研究生利用自己在曼哈頓計劃中學到的技能，開始嘗試用質譜儀測量鈾和鉛的質量。提爾頓首先完成了任務，但派特森卻進展緩慢，測量結果總是有很大的誤差，嘗試了很多次都不行。按照常理，提爾頓是個勝利者，應該被歌頌，派特森是個失敗者，很快就會被歷史遺忘，但科學是經常不按常理出牌的一門學問。派特森並沒有放棄努力，在嘗試了一年之後，他終於意識到問題可能出在汙染上。不知什麼原因，他的實驗設備、工作人員的衣服甚至實驗室的空氣中都含有微量的鉛，這些鉛在通常情況下不會干擾物理實驗，但他測的是極其微量的鉛原子，這才惹了麻煩。進一步研究發現，這些痕量的鉛來自含鉛汽油的大量使用。20世紀20年代，有人發現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，改善發動機的抗爆性能。隨著含鉛汽油的大量使用，人工添加的鉛混在汽車尾氣中進入了大氣層、土壤和地表水中，導致現代人體內的鉛含量比古代人高了1000多倍。

當時的醫學研究已經證明，鉛是一種對人體有害的物質，尤其會影響兒童的神經系統，對青少年智力發育帶來不可逆的危害。石油公司當然知道這件事，但他們為了贏利，極力掩蓋這個事實。直到派特森的研究結果證明鉛汙染已經無處不在，並將這一事實報告給了政府和公眾，這個謊言才終於被戳穿了。

一個值得深思的細節是，布朗教授從石油公司那裡獲得了不少贊助，因為石油公司覺得這項研究能夠幫助他們尋找新的油田。但當派特森發現了鉛的問題後，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政府施壓，強迫他們削減給布朗實驗室的研究經費。好在美國政府頂住了壓力，派特森的實驗這才得以繼續進行，並直接促成美國政府於1975年頒佈了新法規，禁止新車使用含鉛汽油，強迫石油公司研製更安全的汽油抗爆技術。

派特森的師祖，芝加哥大學著名的美籍意大利物理學家恩裡克·費米（Enrico Fermi）曾經說過一句話：“如果你做了一個實驗，得到了你想要的結果，那麼你只是完成了一次實驗而已。但如果你做了一個實驗，得到了你意想不到的結果，那麼你就有了一個新發現。”派特森的故事再次驗證了費米的遠見卓識，這位1938年的

更有意思的是，派特森本來從事的是一項和公眾健康沒有任何關係的純理論研究項目，最終卻拯救了無數人的身心健康。這個例子再次說明，科學研究是很難預知結果的，那些看似沒有實用價值的純理論研究，最終往往會以一種讓人意想不到的方式徹底改變人類的生活。

哈里森·布朗的學生克萊爾·派特森找到了測量岩石中含有的痕量鉛的方法，這項研究揭示了鉛對環境的汙染，直接導致含鉛汽油時代的終結

言歸正傳，派特森找到了誤差來源之後，想辦法解決了這個問題，測出了岩石中鉛的含量。再後來，他採用了一種從鈾鉛測年法推導出來的鉛鉛測年法測量了隕石內鉛同位素的含量，並和地球岩石做對比，終於測知地球的年齡是45.5億年。

布朗教授把這個結果發表出來後，立刻引起了全世界的廣泛關注。與此同時，這個結果也遭到了很多人的質疑。全球有多家實驗室試圖證明這個結果是不正確的，但試來試去卻反而證明了這個結果的正確性。

如今45.5億年這個數字已經成為科學界的共識，但相信這個數字的人遠比相信碳-14測年法的人要少，原因在於碳-14測年法是被古文獻和樹木年輪校正過的，兩者都是直觀信息，可信度較高，普通人也很容易理解。地球的年齡則太過深邃，很難通過直覺去理解它。但其實鈾鉛測年法的邏輯鏈條是非常完整的，對於專業人士來說可信度也很高。可惜絕大多數人都只願意相信自己能理解的事物，可他們的理解力又因為知識面太窄而不足，所以才會有那麼多人不相信科學測年法測出來的數字，寧願選擇相信古人根據《聖經》推算出來的結論。

上面這個矛盾在探索人類起源的過程中也經常會遇到，這也是關於歷史或者未來的科普比關於當下問題的科普要難做很多倍的原因。多數人都更願意相信“眼見為實”，沒有意識到自己的眼睛往往很不可靠，邏輯推理的力量要遠比自己的那點可憐的人生經驗要強大得多。

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