開爾文勳爵與地球的年齡

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


威廉·湯姆森,第一代開爾文男爵。圖片來源:史密森尼圖書館,透過維基共享資源。此圖片在美國屬於公共領域,因為其版權已過期。

今天是威廉·湯姆森(更廣為人知的名字是開爾文勳爵)誕辰189週年。我通常不會隆重慶祝189歲生日,但我最近一直在思考開爾文勳爵。昨天我在帕特·巴列夫的部落格上看到了他的這句引言,這提醒了我今天是他的生日:“當你衡量你所談論的事物並用數字表達它時,你對它有所瞭解,但是當你不能用數字表達它時,你對它的瞭解就顯得貧乏和不盡如人意。”

開爾文最著名的可能是他對熱力學的貢獻,包括以他的名字命名的溫標。我最近對開爾文產生興趣是因為他試圖用熱力學來計算我們星球的年齡。今年早些時候,我幫助編輯了一期《大眾科學經典》特刊,名為《確定地球的年齡》。《經典》特刊是從《大眾科學》檔案中收集的關於一個主題的文章。在這一期中,我找到了一些19世紀和20世紀早期的文章,內容是關於地質學和物理學的進步,這些進步最終使我們目前瞭解到地球大約有45億年的歷史。


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正如化學家和作家保羅·布拉特曼(完全公開,他在1999年教過我一個學期的化學,並且是我的Facebook朋友)在《確定地球的年齡》的引言中寫道:“這是一部由序幕和三幕組成的戲劇,人物複雜,沒有明顯的英雄或反派。我們當然知道最終的結果,但我們不應該讓這影響我們對故事展開過程的欣賞。我們更不應該讓這種知識影響我們對劇中人物的判斷,因為他們在自己的時代,受到當時可用的概念和資料的約束而行動。”

布拉特曼提到的“三幕”之一是開爾文對一些19世紀地質學家持有的地球永遠存在的觀點的攻擊。開爾文主要根據地球內部以及從太陽到地球的熱傳遞來估計,他認為地球的年齡在2000萬到1億年之間。他的估計只與他用來進行估計的數學模型一樣好,不幸的是,這些模型沒有意識到板塊構造、產生太陽熱量的核聚變或放射性。馬里奧·利維奧在他的新書《輝煌的失誤》中將開爾文對地球年齡的確定列為科學史上最偉大的錯誤之一。

數學家吉爾·卡萊在五月份在他的部落格《組合數學及更多》中討論了開爾文的錯誤,更深入地探討了開爾文的計算在哪些方面未能產生正確的結果。在詳細說明了開爾文在該領域工作的缺點之後,卡萊寫道:“這位物理學天才被一群地質學家(高筒靴、短褲、野外錘子、有限的視角)反對,而後者最終證明是正確的,這相當令人印象深刻,但開爾文也指出了兩個重要的點:第一,地球的年齡不是像19世紀許多人認為的那樣是無限的,第二,地球的年齡是可以從物理原理計算出來的。當時,一些地質學家聲稱‘物理學不能應用於地質學’,在這方面他們是錯誤的!我們非常感謝他教給我們這兩點。”

我非常喜歡編輯《確定地球的年齡》特刊。閱讀科學進步的展開過程令人著迷,特別是當歐內斯特·盧瑟福本人也在撰寫文章時!我整理的其他兩期《經典》特刊也同樣引人入勝。

《元素週期表的探索》,正如標題所示,記錄了元素週期表的發展歷程,作為一種組織和理解化學元素性質的方式。不僅看到19世紀後期門捷列夫有多少種不同的拼寫方式(我數了五種)令人著迷,而且我喜歡元素週期表幾乎在發現新元素的過程中悄然出現的方式。第一次提及僅僅是1876年的一段話,指出新發現的元素鎵可能填補了“門捷列夫”最近提出的“已知元素系統”中的一個空白。

《脊髓灰質炎:逼近邊緣》包含了20世紀50年代關於脊髓灰質炎研究和最終開發出非常成功的脊髓灰質炎疫苗的多篇文章。隨著我們越來越接近全球根除脊髓灰質炎,閱讀早期與這種疾病作鬥爭的日子令人著迷。該特刊的亮點可能是喬納斯·索爾克本人於1955年撰寫的關於他開發的滅活病毒疫苗的文章。

《確定地球的年齡》一樣,這些特刊都可以在《大眾科學》上以約10美元的價格下載pdf版本。我通常儘量在這個部落格上鍊接到免費的東西,但我對這些彙編感到相當自豪,如果您對科學史感興趣,我認為它們是您圖書館的有價值的補充。

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