编者按：以下是名为《确定地球年龄》的特别电子出版物的引言（点击链接查看目录）。该合集于今年早些时候出版，收录了《大众科学》档案中的文章。在该合集中，这篇引言以“在理解地质时间尺度上蹒跚前进”为标题出现。
亚里士多德认为地球是永恒存在的。罗马诗人卢克莱修是希腊原子论者的知识继承人，他认为地球的形成必须相对较近，因为没有比特洛伊战争更早的记录。犹太教的拉比、马丁·路德和其他人使用圣经的记载，从已知的历史推断，得出了地球诞生时间的相当相似的估计。最著名的是1654年，爱尔兰大主教詹姆斯·乌舍提出公元前4004年的日期。
几十年内，观察开始超越这种思维。17世纪60年代，尼古拉斯·斯泰诺提出了我们现代的水平地层沉积概念。他推断，如果地层不是水平的，那么它们一定是在沉积后倾斜的，并注意到不同的地层含有不同种类的化石。不久之后，罗伯特·胡克提出，化石记录将构成一个编年史的基础，其年代将“远远早于......甚至金字塔”。18世纪见证了运河建设的普及，这导致了在很远距离上相关的地层的发现，以及詹姆斯·赫顿认识到连续地层之间的不整合意味着沉积曾被极其漫长的倾斜和侵蚀时期中断。到1788年，赫顿已经形成了一个循环沉积和隆升的理论，地球的年龄无限古老，显示“没有开始的痕迹——也没有结束的迹象”。赫顿认为现在是过去的钥匙，地质过程是由与我们今天所能看到的相同的力量驱动的。这种观点被称为均变论，但在这个理论中，我们必须区分自然法则的统一性（几乎我们所有人都会接受）和越来越令人质疑的过程统一性、速率统一性和结果统一性的假设。
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这是本系列论文中上演的知识戏剧的背景。这是一个由序幕和三幕组成的戏剧，角色复杂，没有明显的英雄或反派。我们当然知道最终的结果，但我们不应该让它影响我们对故事展开的欣赏。更不应该让这种知识影响我们对角色的判断，因为他们是在他们自己的时代，受到当时可用的概念和数据的限制而行动的。
这部戏剧的一个突出特点是那些本身不是，或不完全是地质学家的人所扮演的角色。最值得注意的是威廉·汤姆森，他于1892年被封为开尔文勋爵，他的理论构成了本合集的一个完整部分。他是他那个时代（蒸汽时代）的主导物理学家之一。他的成就包括帮助制定热力学定律，以及为第一条跨大西洋电报电缆提供建议。哈洛·沙普利在1919年写了一篇关于这个主题的文章，他是一位天文学家，负责探测遥远星云中的红移，因此间接促成了我们现在对宇宙膨胀的理解。弗洛里安·卡乔里是1908年文章《太阳和地球的年龄》的作者，他是一位科学史家，特别是数学史家，他引用的雷·兰卡斯特是一位动物学家。H.N.罗素是1921年关于放射性定年的文章的作者，我熟悉他在发展恒星赫兹普龙-罗素图方面的贡献，但我惊讶地发现他也是原子结构理论中重要的罗素-桑德斯耦合的罗素。H.S.谢尔顿是一位科学哲学家，他批评（如他在1915年的文章《海盐与地质时间》中的贡献所示）草率的思维，并在辩论中捍卫进化论。
这部戏剧的序幕是19世纪中期对热和其他类型能量之间关系的认识（参见1857年的文章《太阳热的来源》）。第一幕是对查尔斯·莱尔等人的极端均变论的直接攻击，他们认为地球的年龄无限古老，并且非常具有远见（或非常天真，取决于你的观点：参见1900年W.J.索拉斯的《地球年龄》文章的第三部分），他们假设最终会发现物理过程来驱动侵蚀和隆升的伟大引擎。
这部戏剧的第二幕是一代新的地质学家长期试图从观测证据中估计地球的年龄，得出一个能够满足新占主导地位的进化思想的需求的答案，并使这个答案与热力学施加的限制相协调。第三幕见证了一组新发现的物理定律的出现——那些控制放射性的定律。放射性不仅为地球的能量供应之谜提供了解决方案，而且还提供了一个独立于可疑地质假设的编年史，以及足够进化过程的时间深度。
开尔文勋爵及其盟友使用了三种论据。第一种指的是地球热量损失的速度以及形成其固体地壳所需的时间。第二种指的是地球的详细形状（赤道略微膨胀）和地月系统的动力学等主题。第三种指的是太阳的热量，特别是这种热量的损失速度，与最初可用的总能量相比。
考虑到放射性衰变产生的热量，第一个论点被完全推翻。第二个论点取决于关于地球和月球形成的高度可疑的理论，并且在本合集中所起的作用相对较小。第三个论点，到最后是最尖锐的，提出了一个问题，这个问题比争议本身持续的时间更长。因此，当沙普利在1919年表示，对他而言，放射性时间尺度已经完全确立时，他承认，太阳的能量还没有得到解释。（他不需要等待太久。1920年，亚瑟·爱丁顿爵士提出了答案：氢聚变成氦。）
为了回应开尔文勋爵的攻击，地质学家使用了两条主要的推理路线。一种指的是沉积物的深度以及它们积累所需的时间；另一种指的是海洋的盐度，与河流向它们输送钠盐的速度相比。事后看来，这两种理论都存在严重的误导，原因类似。他们假设，当前的沉积物沉积速度和河流盐分输送速度与历史上的速度相同，尽管他们有证据表明，我们自己所处的时代是地质活动异常活跃的时代。更糟糕的是，他们测量了输入，但忽略了输出。正如我们现在所知，岩石循环是由板块构造驱动的，沉积物消失在俯冲带中。而且，海洋早已接近稳态，化学沉积物会以与溶解矿物到达的速度一样快的速度去除它们。
尽管如此，到19世纪末，这里包括的地质学家就地球的年龄达成了大约1亿年的共识。到了这一步，他们最初非常不情愿接受地质时间尺度进一步扩大10倍或更多。我们不应该责怪他们这种抵制。人们对放射性的理解很差。不同的测量方法（例如铀衰变成氦与衰变成铅）有时会给出不一致的值，并且从首次使用放射性定年到发现同位素之间经历了将近十年，更不用说找出自然界中三个独立的衰变链了。放射性衰变速率的恒定性被认为是一个独立且值得怀疑的假设，因为人们不知道——并且在现代量子力学发展之前不可能知道——这些速率是由物理学的基本常数固定的。
直到1926年，在（在亚瑟·霍姆斯的影响下，他的名字贯穿整个故事）国家科学院采纳了放射性时间尺度，我们才能认为争议终于得到解决。这个决议的关键是改进的定年方法，该方法结合了质谱分析、采样和激光加热的进步。由此产生的知识使人们目前了解到地球的年龄为45.5亿年。
这使我们到了本系列论文的结尾，但不是故事的结尾。与许多好的科学难题一样，地球年龄的问题在经过更严格的检查后，分解为不同的组成部分。我们指的是太阳系的年龄，还是地球作为太阳系内一颗行星的年龄，还是地月系统的年龄，还是自地球金属核形成以来的时间，还是自最早的固体地壳形成以来的时间？这些问题仍在积极研究中，使用同位素分布的变化或矿物成分的异常作为线索，这些线索讲述了长期消失的短寿命同位素的形成和衰变的故事。地球和陨石上稳定同位素之间的同位素比率正在受到越来越仔细的审查，以了解它们能告诉我们关于构成我们星球的原子最终来源的什么信息。我们可以期待新的答案——和新的问题。这就是科学的运作方式。