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我们怎么算出地球有多大年纪了


如果你读不懂霍金版的《时间简史》,却又不想放弃,那么爱尔兰作家莉兹·埃弗斯的这本同样名为《时间简史》的科普书便很适合你


我们时时刻刻都在体验着时间,但关于时间,我们却知之甚少:为什么古人选择用12进制和60进制来计算时间?中世纪时期如何计时?标准时间是怎么确定的?时间是不是可以扭曲?平行时空真的存在吗?


《时间简史》这本小书,将为你提供关于这些问题的有趣又有用的答案。这趟时间之旅,我们将走过地质时代,探究恐龙和人类的远亲,利用太阳和月亮辨别时间,了解掌控我们日常生活节奏的体内生物钟;我们还会介绍有关时间科技的演化,从早期刻在鹰翼骨上的日历,到后来的量子钟;我们将研究时间如何加速、如何减速;我们将穿过虫洞和黑洞进入未来、跨过光年、窥探平行时空。



摘选



地球生日快乐


目前大家普遍认为地球已存在约45.4亿年之久,即4 540 000 000岁。地球真的已经非常非常老了。45.4亿这个数值是经由复杂数学计算和放射性定年法推算而来的,后者包括放射性碳定年法、钾氩定年法和铀铅定年法。


本质上讲,放射性定年法是基于放射性衰变,利用自然发生的放射性化学成分(同位素)与其衰变产物的比率来推算时间的。例如,我们知道放射性化学成分铀衰变会形成铅,看一块石头的铅含量就能计算出最初有多少铀,共花费多长时间才衰变出这么多铅。


科学家将此技术应用于非常古老的石头和矿物质的检测中,包括陨石和从月球采集的矿物样本,于是得出了45.4亿年这个神奇的数值。至少从目前看来,这个结论得到了多数人的认可。


目前所知的最古老的地球物质是在西澳大利亚找到的锆石晶体。经测定,它们已有44亿年历史。同时,目前所知的最古老的陨石物质有45.67亿年历史。普遍认为,太阳系的出现不会比这些物质早太久。 


追根溯源,让我们返回地球或太阳系出现之前—宇宙诞生之时。最有影响力的一种学说是大爆炸宇宙论,认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于一次大爆炸后膨胀形成的,并且不断向太空膨胀,这表示宇宙本身也在不断膨胀中。


地质时间表


让我们再回到对地球的探讨。地球科学家、地质学家和古生物学家常用一种叫“地质时间表”的东西来描述有关地球历史的时间和事件。它将时间与地层学联系起来,后者是研究地壳表层成层岩石的学科。


有很多绝好的成层样本可以证明地球的历史很悠久。在塞浦路斯的白垩层、美国犹他州令人惊艳的科罗拉多高原、法国阿尔卑斯山正面的裸露地层,以及墨西哥拉巴斯附近神奇的成层岛等地,我们都能找到例证。


描述地质时间的地质年代单位都相当长,例如宙、代、纪、世和期。


普遍认为地球有45.4亿年历史,我们的老朋友锆石是已知的最古老的矿物质,研究人员于冥古宙隐生代地层发现了它。冥古宙隐生代是月亮和地球形成的时期。5亿至6亿年之后,地球进入始太古代,简单的单细胞生物开始出现,我们在微体化石中找到了其出现的证据。微体化石是小于4毫米的化石,通常小于1毫米,只能在光学或电子显微镜下进行研究。


继续向前跳转至元古宙,地质迹象表明地球大气开始含氧(尤其是在古元古代,约20.5亿年前),第一个复杂单细胞生物—原生生物于18亿年前诞生。


 

又过了12亿年,第一批多细胞动物(蠕虫、海绵、软体胶状生物)化石于新元古代(约6.35亿年前)出现,这些动物又在漫长的古生代(距今2.55亿到5.41亿年前)进化成更复杂的鱼类生物。古生代末期,包括北美洲、欧洲、亚洲、南美洲、非洲、南极洲和澳大利亚在内的盘古大陆形成。各种爬行动物和两栖动物开始四处漫游,基本植物群、苔藓和裸子植物已经进化,大批海洋生物也逐渐在浅礁涌现。


自此进入中生代。中生代的三叠纪、侏罗纪和白垩纪时期(距今2.52亿年到7 200万年前),恐龙、原始哺乳动物和鳄目出现,之后被子植物和多样化的昆虫也随之出现。至白垩纪末期,又出现许多新的恐龙物种(尽管存在时间并不久),现在的鳄鱼和鲨鱼类物种等也大量繁殖。原始鸟类取代了翼龙,原始有袋动物也出现了。这一时期,大气中的二氧化碳含量开始接近地球目前的水平。


接下来我们就来到了人类所处的地质时代—新生代,该地质时代始于6 600万年前,常被人们称为“哺乳动物的时代”。新生代早期,恐龙灭绝(下文会介绍更多相关内容)、哺乳动物走向多样化。然而还需要等待4 000多万年,我们进化论意义上的祖先—第一批类人猿才会出现。


在20万年前的更新世,第一批解剖学意义上的现代人类开始活动,在5万年前的全新世(目前我们仍处于该世),人类才尝试着摆弄石器工具。


简而言之,地球很古老,人类很年轻。不妨换个角度,试把地 球想象成一个 24 小时制的钟表,午夜前 40 秒,即 23:59:20,第一 个人类终于出现。


人类进化


直到19世纪末,人类才对自己和地球有了一些了解,较之地球漫长的历史,这实在令人惊讶。这正如前文曾提到过的理论,冰期的概念于18世纪中期首次提出,直到19世纪70年代才为大众广泛接受。


包括人类在内的物种“进化”以及“物竞天择”的概念到19世纪中期才出现。1859年,查尔斯·达尔文(Charles Darwin,1809—1882)出版了《物种起源》(On the Origin of Species),进化和物竞天择的概念开始进入大众视野。即便如此,达尔文的进化论还是等到几十年后才成为生命科学的主流。让我们再次把地球年龄想象成一个历时24小时的钟,要用时间测量中无穷小的单位,才能在地球自然历史中描述这一发现所处的时刻。


大约一个半世纪以前的1871年,达尔文出版了影响深远的《人类的由来及性选择》(The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex)一书。这本书直白地阐释了人类进化的理论,出版后一片哗然。达尔文在书中提出人类是从同一个祖先进化而来,而我们共同的祖先又是来自于数千年历史中一系列动物的进化。这样的理论观点对当时的大多数人来说,简直骇人听闻。


然而,随着研究进一步推进和更确切证据的不断发现,达尔文的许多理论在明确的证据面前变得毋庸置疑。现在,我们掌握了关于地质年代和化石记录所积累的丰富知识,依此为地球上的生物进化描绘了一幅神奇的肖像。考古学、古生物学和DNA(脱氧核糖核酸)研究领域的发现,更进一步为人类这个种族的进化勾勒出一幅栩栩如生的画面。现在,人们已经知道在20万年前,第一个解剖学意义上的现代人类刚刚诞生。


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