查爾斯·狄更斯1859年小說《雙城記》中著名的開篇詞“那是最好的時代,那是最壞的時代”,指的是法國大革命時期。但他同樣也可以用這句話來描述與他同時代的查爾斯·達爾文和他關於自然選擇進化論的經歷。達爾文出生於1809年最好的時代,當時的環境非常有利於他的理論蓬勃發展,但他死於1882年最壞的時代,因為他的理論有可能很快被扼殺。達爾文的剋星是傑出的物理學家開爾文勳爵,而用來對付他的武器是地球的年齡。
在達爾文之前就存在各種進化論,但無論人們傾向於哪種版本,有一點是明確的:它的後果需要很長時間才能顯現出來。確切的時間長度很難確定,但人們認為這需要數千萬甚至數億年的時間。從1650年開始,關於地球年齡的主流理論,基於厄舍爾主教、艾薩克·牛頓和許多其他學者的研究,他們使用了各種文字來源,認為地球的年齡約為6000年。
地質學和生物學理論不得不適應這個短暫的時間框架。被稱為災變論的地質理論假設,像大峽谷、喜馬拉雅山脈等主要地貌是突發性和劇烈性劇變的結果。在生物多樣性方面,特殊創造論的觀點盛行,即生物體是不可變的,並且經過特殊設計以適應它們所處的生物生態位。
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如此短暫的時間視窗使得任何人都不可能可信地提出透過緩慢進化過程出現新物種的觀點。但大約在1785年,隨著地質學家和古生物學家開始使用地球自身的特徵,如侵蝕、沉積以及地層和其中嵌入的化石層來估計地球的年齡,關於地球年齡的觀念開始發生根本性的變化。均變論,即主要地質特徵是由微小變化的極緩慢積累造成的,逐漸佔據上風,並在查爾斯·萊爾1830年出版的史詩般的三卷本著作《地質學原理》中達到頂峰,該著作鞏固了地球已經存在數億年甚至更長時間的觀點,以至於似乎不可能確定實際年齡。
達爾文也是一位敏銳的地質學學生,他熟悉萊爾的著作(他們後來成為摯友),並在1831-1836年乘坐貝格爾號HMS環球航行五年期間隨身攜帶了他的書的前兩卷,在此期間,當他觀察他訪問的各個地點的物種模式時,他的進化論思想開始萌芽。達爾文從他對鴿子的研究中瞭解到,即使是刻意培育特定特徵也需要很長時間才能產生。但是需要多少時間呢?他認為至少需要數億年的時間。萊爾和其他地質學家的工作使他能夠放心地假設,存在足夠的時間讓自然選擇發揮作用。
達爾文成長的時代,物種不可變的觀念已經開始瓦解。雖然達爾文被教導並接受了仍然占主導地位的特殊創造論,但他也很熟悉進化的普遍觀念。他自己的祖父伊拉斯謨斯·達爾文在1794年出版了一本名為《動物法則》的書,探討了原始進化思想。讓-巴蒂斯特·拉馬克在1802年發表了他自己關於進化如何運作的模型。為進化機制提出的各種模型,如拉馬克進化論、直生論和用進廢退,都暗示了某種程度的目的論:即該過程內在存在方向性。
新地質學開啟的極其漫長的時間視窗,使得達爾文和他的共同創造者阿爾弗雷德·羅素·華萊士能夠獨立工作,從而發展出自然選擇的中心新見解,這與其他的進化模型不同,它展示了多樣性如何透過馬爾薩斯人口選擇壓力的過程自然產生,而沒有任何神秘的力量將該過程導向任何特定目的。
他們的理論認為,進化是偶然性驅動的,即生物體如何進化取決於偶然因素和不斷變化的環境,這表明如果我們讓時間倒流,我們可能會得到非常不同的結果,人類可能永遠不會出現。他們的工作最初於1858年在一篇聯合論文中提出。達爾文的主要著作《物種起源》於一年後出版,是對大量證據進行嚴密論證的彙編,這有助於確立進化是一個事實。
他們的模型所暗示的人類地位的根本性變化,從按照上帝的形象被特殊創造,到僅僅像所有其他物種一樣成為進化過程的另一個偶然副產品,立即引起了爭議,因為它挑戰了人類是特殊的這一關鍵宗教信條。這就是為什麼即使進化被接受,自然選擇也引起如此大的反對。當時的許多科學家都是有宗教信仰的,並且相信神導進化論,即超自然力量正在引導這個過程以產生期望的結果。
雖然所有進化模型都需要很長時間,但自然選擇比任何受引導的選擇過程都需要更長的時間。因此,地球的年齡越小,自然選擇就越不可能成為機制。物理學家,在傑出的開爾文勳爵(他本人也是一位神導進化論者)的帶領下,是支援年輕地球論的先鋒,但必須強調的是,當時的“年輕”意味著大約1億年或更短。即使是有宗教信仰的科學家也放棄了地球只有6000年曆史的觀點。
從1860年左右開始,開爾文和其他物理學家開始使用康德和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在1750年左右提出的星雲假說來估算地球和太陽的年齡。該模型將地球和太陽視為最初是旋轉的粒子云,這些粒子在重力作用下聚結形成熔融球,地球隨後凝固和冷卻。開爾文使用熱力學定律和其他物理學原理,得出了2000萬至4億年的估計值。到1879年,地球的上限已降至約1億年,太陽的上限甚至更短,為2000萬年,遠低於人們認為自然選擇發揮作用所需的2億年左右。由於物理學被認為是所有科學中最嚴謹的,自然選擇的前景看起來不妙。
當達爾文於1882年去世時,他被人們尊為一位偉大的科學家,他徹底改變了我們對我們周圍所見的生物體巨大多樣性是如何產生的理解,推翻了它們是不可變的觀點。但由於地球年齡的縮短,他去世時,自然選擇機制上籠罩著一片烏雲。達爾文關於這個話題的最後遺言,寫於他去世前兩年的1880年,表達了一種悲哀的希望,即未來的發展可能會調和自然選擇的需求與物理學計算。
“關於自我們星球凝固以來,時間流逝不足以滿足假定的有機變化量,以及[開爾文勳爵]提出的這一異議,這可能是迄今為止提出的最嚴重的異議之一,我只能說,首先,我們不知道以年為單位衡量的物種變化速度是多少,其次,許多哲學家還不願意承認我們對宇宙的構成和地球內部的瞭解足以安全地推測其過去的持續時間。”
事實證明,達爾文具有先見之明,他對地球內部知識的改進可能會改變對他的有利計算,但當時他似乎是在抓住救命稻草。事實上,在短期內,問題變得更糟,因為開爾文和其他人進行了新的計算,導致地球的年齡進一步縮短,因此到1895年,物理學界的共識是地球的年齡在2000萬至4000萬年之間。自然選擇似乎註定要失敗。
但物理學家現在遇到了來自其他學科更強烈的反對。地質學家堅決認為,他們基於沉積和侵蝕的累積證據的模型,雖然不如物理模型那麼嚴謹,但已經足夠成熟,他們對1億年的下限充滿信心。古生物學家也認為,化石記錄與物理學家較短的年齡不符。兩組人都認為物理學家肯定在某個地方出了問題,即使他們無法指出具體的缺陷。
從1895年開始,當物理學家約翰·佩裡(開爾文的前助手)挑戰後者關於地球是一個剛性和均勻體的假設時,僵局開始被打破,他說幾乎沒有證據支援這一假設。透過引入地球內部的不均勻性和對流,他發現開爾文對地球年齡的估計值可能會變化多達100倍,將上限轉移到數十億年。其他物理學家也紛紛表示贊同類似的向上調整,這鼓勵了地質學家、古生物學家和生物學家忽視物理學家關於年輕地球的論點。
放射性的發現決定性地改變了局面;它導致了一種全新的測量地球年齡的方法,透過允許科學家計算岩石的年齡。由於可以找到的最古老的岩石為地球的年齡設定了下限,因此使用這種方法尋找更古老岩石的競賽開始了;記錄迅速被打破,到1905年達到1.41億年,到1911年達到16.4億年,到1935年達到19億年,到1947年達到33.5億年,到1953年達到45億年,這也是目前的共識所在。
當開爾文於1907年去世,享年83歲時,尚不清楚他是否接受了他的估計不再有效。但達爾文希望開爾文會被證明是錯誤的,並且最終會證明存在足夠的時間讓自然選擇發揮作用,這一希望在達爾文去世30年後實現了。他的理論現在擁有了它所需的所有時間。
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