編者按：以下是名為《確定地球年齡》的特別電子出版物的引言（點選連結檢視目錄）。該合集於今年早些時候出版，收錄了《大眾科學》檔案中的文章。在該合集中，這篇引言以“在理解地質時間尺度上蹣跚前進”為標題出現。
亞里士多德認為地球是永恆存在的。羅馬詩人盧克萊修是希臘原子論者的知識繼承人，他認為地球的形成必須相對較近，因為沒有位元洛伊戰爭更早的記錄。猶太教的拉比、馬丁·路德和其他人使用聖經的記載，從已知的歷史推斷，得出了地球誕生時間的相當相似的估計。最著名的是1654年，愛爾蘭大主教詹姆斯·烏舍提出公元前4004年的日期。
幾十年內，觀察開始超越這種思維。17世紀60年代，尼古拉斯·斯泰諾提出了我們現代的水平地層沉積概念。他推斷，如果地層不是水平的，那麼它們一定是在沉積後傾斜的，並注意到不同的地層含有不同種類的化石。不久之後，羅伯特·胡克提出，化石記錄將構成一個編年史的基礎，其年代將“遠遠早於......甚至金字塔”。18世紀見證了運河建設的普及，這導致了在很遠距離上相關的地層的發現，以及詹姆斯·赫頓認識到連續地層之間的不整合意味著沉積曾被極其漫長的傾斜和侵蝕時期中斷。到1788年，赫頓已經形成了一個迴圈沉積和隆升的理論，地球的年齡無限古老，顯示“沒有開始的痕跡——也沒有結束的跡象”。赫頓認為現在是過去的鑰匙，地質過程是由與我們今天所能看到的相同的力量驅動的。這種觀點被稱為均變論，但在這個理論中，我們必須區分自然法則的統一性（幾乎我們所有人都會接受）和越來越令人質疑的過程統一性、速率統一性和結果統一性的假設。
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這是本系列論文中上演的知識戲劇的背景。這是一個由序幕和三幕組成的戲劇，角色複雜，沒有明顯的英雄或反派。我們當然知道最終的結果，但我們不應該讓它影響我們對故事展開的欣賞。更不應該讓這種知識影響我們對角色的判斷，因為他們是在他們自己的時代，受到當時可用的概念和資料的限制而行動的。
這部戲劇的一個突出特點是那些本身不是，或不完全是地質學家的人所扮演的角色。最值得注意的是威廉·湯姆森，他於1892年被封為開爾文勳爵，他的理論構成了本合集的一個完整部分。他是他那個時代（蒸汽時代）的主導物理學家之一。他的成就包括幫助制定熱力學定律，以及為第一條跨大西洋電報電纜提供建議。哈洛·沙普利在1919年寫了一篇關於這個主題的文章，他是一位天文學家，負責探測遙遠星雲中的紅移，因此間接促成了我們現在對宇宙膨脹的理解。弗洛裡安·卡喬裡是1908年文章《太陽和地球的年齡》的作者，他是一位科學史家，特別是數學史家，他引用的雷·蘭卡斯特是一位動物學家。H.N.羅素是1921年關於放射性定年的文章的作者，我熟悉他在發展恆星赫茲普龍-羅素圖方面的貢獻，但我驚訝地發現他也是原子結構理論中重要的羅素-桑德斯耦合的羅素。H.S.謝爾頓是一位科學哲學家，他批評（如他在1915年的文章《海鹽與地質時間》中的貢獻所示）草率的思維，並在辯論中捍衛進化論。
這部戲劇的序幕是19世紀中期對熱和其他型別能量之間關係的認識（參見1857年的文章《太陽熱的來源》）。第一幕是對查爾斯·萊爾等人的極端均變論的直接攻擊，他們認為地球的年齡無限古老，並且非常具有遠見（或非常天真，取決於你的觀點：參見1900年W.J.索拉斯的《地球年齡》文章的第三部分），他們假設最終會發現物理過程來驅動侵蝕和隆升的偉大引擎。
這部戲劇的第二幕是一代新的地質學家長期試圖從觀測證據中估計地球的年齡，得出一個能夠滿足新占主導地位的進化思想的需求的答案，並使這個答案與熱力學施加的限制相協調。第三幕見證了一組新發現的物理定律的出現——那些控制放射性的定律。放射性不僅為地球的能量供應之謎提供瞭解決方案，而且還提供了一個獨立於可疑地質假設的編年史，以及足夠進化過程的時間深度。
開爾文勳爵及其盟友使用了三種論據。第一種指的是地球熱量損失的速度以及形成其固體地殼所需的時間。第二種指的是地球的詳細形狀（赤道略微膨脹）和地月系統的動力學等主題。第三種指的是太陽的熱量，特別是這種熱量的損失速度，與最初可用的總能量相比。
考慮到放射性衰變產生的熱量，第一個論點被完全推翻。第二個論點取決於關於地球和月球形成的高度可疑的理論，並且在本合集中所起的作用相對較小。第三個論點，到最後是最尖銳的，提出了一個問題，這個問題比爭議本身持續的時間更長。因此，當沙普利在1919年表示，對他而言，放射性時間尺度已經完全確立時，他承認，太陽的能量還沒有得到解釋。（他不需要等待太久。1920年，亞瑟·愛丁頓爵士提出了答案：氫聚變成氦。）
為了回應開爾文勳爵的攻擊，地質學家使用了兩條主要的推理路線。一種指的是沉積物的深度以及它們積累所需的時間；另一種指的是海洋的鹽度，與河流向它們輸送鈉鹽的速度相比。事後看來，這兩種理論都存在嚴重的誤導，原因類似。他們假設，當前的沉積物沉積速度和河流鹽分輸送速度與歷史上的速度相同，儘管他們有證據表明，我們自己所處的時代是地質活動異常活躍的時代。更糟糕的是，他們測量了輸入，但忽略了輸出。正如我們現在所知，岩石迴圈是由板塊構造驅動的，沉積物消失在俯衝帶中。而且，海洋早已接近穩態，化學沉積物會以與溶解礦物到達的速度一樣快的速度去除它們。
儘管如此，到19世紀末，這裡包括的地質學家就地球的年齡達成了大約1億年的共識。到了這一步，他們最初非常不情願接受地質時間尺度進一步擴大10倍或更多。我們不應該責怪他們這種抵制。人們對放射性的理解很差。不同的測量方法（例如鈾衰變成氦與衰變成鉛）有時會給出不一致的值，並且從首次使用放射性定年到發現同位素之間經歷了將近十年，更不用說找出自然界中三個獨立的衰變鏈了。放射性衰變速率的恆定性被認為是一個獨立且值得懷疑的假設，因為人們不知道——並且在現代量子力學發展之前不可能知道——這些速率是由物理學的基本常數固定的。
直到1926年，在（在亞瑟·霍姆斯的影響下，他的名字貫穿整個故事）國家科學院採納了放射性時間尺度，我們才能認為爭議終於得到解決。這個決議的關鍵是改進的定年方法，該方法結合了質譜分析、取樣和雷射加熱的進步。由此產生的知識使人們目前瞭解到地球的年齡為45.5億年。
這使我們到了本系列論文的結尾，但不是故事的結尾。與許多好的科學難題一樣，地球年齡的問題在經過更嚴格的檢查後，分解為不同的組成部分。我們指的是太陽系的年齡，還是地球作為太陽系內一顆行星的年齡，還是地月系統的年齡，還是自地球金屬核形成以來的時間，還是自最早的固體地殼形成以來的時間？這些問題仍在積極研究中，使用同位素分佈的變化或礦物成分的異常作為線索，這些線索講述了長期消失的短壽命同位素的形成和衰變的故事。地球和隕石上穩定同位素之間的同位素比率正在受到越來越仔細的審查，以瞭解它們能告訴我們關於構成我們星球的原子最終來源的什麼資訊。我們可以期待新的答案——和新的問題。這就是科學的運作方式。