编者注：本节选自保罗·S·布拉特曼的《从恒星到石笋：万物如何关联》的第一章。在本书的前面章节，作者讨论了19世纪地质学家中的观点，即侵蚀等物理过程一直以相同的速率发生，地球的特征是静态的，这导致他们得出结论，认为地球没有开始，也不会有结束。在这里，他写到了物理学家威廉·汤姆森的思想如何最终颠覆了这些理论，为我们当前对地球早期历史和年龄的理解铺平了道路。
然而，其他发展正在逐渐削弱这种观点。我已经提到了蒸汽机和铁路。19世纪中期的科学主要关注与功和能量有关的问题，以及热机的效率。这一时期见证了一个新学科——热力学——的发展，该学科专门研究此类问题。热力学最基本的成果之一（第一定律）是能量守恒。另一个成果（第二定律）是，由于能量倾向于随着时间的推移不可逆地扩散和退化，因此不可能存在永动机。任何实际过程，当然也包括地球的隆起和侵蚀过程，都是在克服摩擦力的情况下运行的，能量总体上不可逆地退化为热量，这种情况不可能无限期地自行持续下去。然而，在赫顿和莱伊尔看来，地球似乎就是这样一台机器，经历着隆起和侵蚀的循环，但没有可见的能量来源来驱动这一过程。热力学家和地质学家之间的冲突是不可避免的。
威廉·汤姆森，即开尔文勋爵，绝对温标以他的名字命名，是19世纪晚期最杰出的科学家之一。他的工作跨越了纯粹研究和应用研究之间的界限。除其他外，他在建立热、功和电之间的关系方面发挥了重要作用，计算出了第一条海底电缆可以传输多少信息（正如我们现在所说的那样），并改进了指南针的形式和导航方法。他在22岁时被任命为格拉斯哥大学的自然哲学（即物理学）教授，并担任该职位超过50年。
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开尔文从很早的阶段就对地球的年龄感兴趣，并将其视为物理学中的一个问题。它曾是他本科论文的获奖主题，也是他在格拉斯哥大学就职演说的内容，可惜现在已经遗失了。他还是一位对当时正在发展的地质学科学持尖锐批评态度的评论家。他（正确地）认为，极端均变论与物理定律不相容。在过去的某个时候，事物一定非常不同，未来也会再次不同。地球正在失去热量，并且一定曾经是一个熔融球。太阳正在释放能量，不可能永远存在，并且最终会耗尽能量，使地球陷入彻底的寒冷和黑暗。
在一系列冗长的出版物中，开尔文试图量化这些一般性的反对意见。他开发了一种方法，通过冷却论证来估计地球固体地壳的年龄。矿井深处很热，而且越深越热。如果能下到足够深的地方，在几英里深的地方，你就会到达地幔，那里的岩石实际上是熔融的。因此，如果我们上层的岩石较冷，下层的岩石较热，那么热量一定是从中心向外流经岩石的。开尔文知道温度随着深度的增加而增加的速度，以及地壳岩石传导热量的有效程度，计算出了地球失去热量的速度。这些热量来自哪里？开尔文认为他找到了答案。他（正确地）假设地球最初是熔融的，并且热量一定是随着地球岩石从最初的熔融状态凝固而消散的（与冰吸收热量融化的过程相反）。根据对固体岩层（地壳）厚度的估计，以及对融化一定量岩石需要多少热量的测量，他能够估算出这一凝固过程释放出的热量。然后，通过将模型倒推回时间，他计算出地球固体地壳的厚度对应于1亿年。根据他的论证，在现在之前的一亿年，现在地表上的所有岩石都将是熔融的，因此，这是地球固体地壳年龄的绝对上限。
在整个19世纪，地质学家们没有意识到这场即将到来的危机，一直在努力建立我们熟悉的地质柱状图。他们研究出了地层的顺序，即哪些地层位于其他地层之上，后来又根据地层中包含的化石的复杂程度，并根据保存最完好的沉积物的厚度，估算出了每个地质时期的持续时间。他们没有意识到他们只掌握了沉积记录中非常不完整的一部分，因此得出的估计年龄约为1亿年或以上，与开尔文的估计基本一致。
太阳的年龄提出了一个更为严重的问题。我们知道太阳有多大，离我们有多远，以及有多少太阳能到达我们这里。由此，相对容易计算出它的总能量输出。这些能量来自哪里？不是来自任何化学过程，因为没有任何化学过程的能量足够大。因此，开尔文在亥姆霍兹和其他人的建议基础上，提出，更 有用的来源可能是太阳形成过程中释放的引力能。开尔文知道太阳的总质量，并利用牛顿的万有引力定律，可以计算出这个过程必须释放出多少能量。这些能量首先会转化为下落物质的动能，然后动能会通过众所周知的物理过程转化为热量，最终转化为光，所有这些都严格遵守热力学定律。将可用能量除以输出速率，你就得到了太阳总生产寿命的可能上限，即1亿年。这也暗示着，我们所知的地球年龄的上限。“至于未来，我们可以同样肯定地说，除非我们现在未知的来源在伟大的造物仓库中准备好，否则地球上的居民不可能再享受数百万年对他们的生命至关重要的光和热。”开尔文在1862年写下这些话，并在一家大众杂志（麦克米伦杂志）上发表。
在随后对这一计算的改进中，他会增加 进一步的论据，例如基于潮汐摩擦和地月系统动力学的论据，并根据关于岩石热特性的新信息，将范围缩小到20-40百万年，“并且可能更接近20而不是40。”
影响是轰动性的。因为到那时，正如开尔文非常清楚的那样，很多东西都处于危险之中。《物种起源》在《麦克米伦杂志》文章发表前三年刚刚出版。这彻底改变了我们对世界的看法。它首次以完全清晰的方式阐述了现代观点，即物种不是单独创造的，而是通过自然选择对个体之间变异的运作，从更简单的共同祖先进化而来的。这些变异的起源（我们现在称之为突变）完全未知，但很明显，从共同祖先的后代一定是一个极其缓慢的过程，需要达尔文自己所描述的“难以理解的漫长……时间”，而2000万至4000万年对于所有这些通过自然选择发生来说太少了。当开尔文根据关于岩石熔点的新证据，大幅下调他对地球年龄1亿年的估计时，情况并没有好转。事实上，查尔斯·达尔文将开尔文称为“可憎的幽灵”和他最痛苦的烦恼之一，他的儿子乔治是地质学家中最关心试图找出开尔文推理缺陷的人之一。
转载自《从恒星到石笋：万物如何关联》，作者保罗·S·布拉特曼，经世界科学出版公司（英国）有限公司许可。版权所有©保罗·S·布拉特曼，2012年。