开尔文勋爵与地球的年龄

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


威廉·汤姆森,第一代开尔文男爵。图片来源:史密森尼图书馆,通过维基共享资源。此图片在美国属于公共领域,因为其版权已过期。

今天是威廉·汤姆森(更广为人知的名字是开尔文勋爵)诞辰189周年。我通常不会隆重庆祝189岁生日,但我最近一直在思考开尔文勋爵。昨天我在帕特·巴列夫的博客上看到了他的这句引言,这提醒了我今天是他的生日:“当你衡量你所谈论的事物并用数字表达它时,你对它有所了解,但是当你不能用数字表达它时,你对它的了解就显得贫乏和不尽如人意。”

开尔文最著名的可能是他对热力学的贡献,包括以他的名字命名的温标。我最近对开尔文产生兴趣是因为他试图用热力学来计算我们星球的年龄。今年早些时候,我帮助编辑了一期《大众科学经典》特刊,名为《确定地球的年龄》。《经典》特刊是从《大众科学》档案中收集的关于一个主题的文章。在这一期中,我找到了一些19世纪和20世纪早期的文章,内容是关于地质学和物理学的进步,这些进步最终使我们目前了解到地球大约有45亿年的历史。


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正如化学家和作家保罗·布拉特曼(完全公开,他在1999年教过我一个学期的化学,并且是我的Facebook朋友)在《确定地球的年龄》的引言中写道:“这是一部由序幕和三幕组成的戏剧,人物复杂,没有明显的英雄或反派。我们当然知道最终的结果,但我们不应该让这影响我们对故事展开过程的欣赏。我们更不应该让这种知识影响我们对剧中人物的判断,因为他们在自己的时代,受到当时可用的概念和数据的约束而行动。”

布拉特曼提到的“三幕”之一是开尔文对一些19世纪地质学家持有的地球永远存在的观点的攻击。开尔文主要根据地球内部以及从太阳到地球的热传递来估计,他认为地球的年龄在2000万到1亿年之间。他的估计只与他用来进行估计的数学模型一样好,不幸的是,这些模型没有意识到板块构造、产生太阳热量的核聚变或放射性。马里奥·利维奥在他的新书《辉煌的失误》中将开尔文对地球年龄的确定列为科学史上最伟大的错误之一。

数学家吉尔·卡莱在五月份在他的博客《组合数学及更多》中讨论了开尔文的错误,更深入地探讨了开尔文的计算在哪些方面未能产生正确的结果。在详细说明了开尔文在该领域工作的缺点之后,卡莱写道:“这位物理学天才被一群地质学家(高筒靴、短裤、野外锤子、有限的视角)反对,而后者最终证明是正确的,这相当令人印象深刻,但开尔文也指出了两个重要的点:第一,地球的年龄不是像19世纪许多人认为的那样是无限的,第二,地球的年龄是可以从物理原理计算出来的。当时,一些地质学家声称‘物理学不能应用于地质学’,在这方面他们是错误的!我们非常感谢他教给我们这两点。”

我非常喜欢编辑《确定地球的年龄》特刊。阅读科学进步的展开过程令人着迷,特别是当欧内斯特·卢瑟福本人也在撰写文章时!我整理的其他两期《经典》特刊也同样引人入胜。

《元素周期表的探索》,正如标题所示,记录了元素周期表的发展历程,作为一种组织和理解化学元素性质的方式。不仅看到19世纪后期门捷列夫有多少种不同的拼写方式(我数了五种)令人着迷,而且我喜欢元素周期表几乎在发现新元素的过程中悄然出现的方式。第一次提及仅仅是1876年的一段话,指出新发现的元素镓可能填补了“门捷列夫”最近提出的“已知元素系统”中的一个空白。

《脊髓灰质炎:逼近边缘》包含了20世纪50年代关于脊髓灰质炎研究和最终开发出非常成功的脊髓灰质炎疫苗的多篇文章。随着我们越来越接近全球根除脊髓灰质炎,阅读早期与这种疾病作斗争的日子令人着迷。该特刊的亮点可能是乔纳斯·索尔克本人于1955年撰写的关于他开发的灭活病毒疫苗的文章。

《确定地球的年龄》一样,这些特刊都可以在《大众科学》上以约10美元的价格下载pdf版本。我通常尽量在这个博客上链接到免费的东西,但我对这些汇编感到相当自豪,如果您对科学史感兴趣,我认为它们是您图书馆的有价值的补充。

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