地球有多重

地球有多重 今天小外孙在做寒假作业时，遇到了难，"地球有多重?""地球的年龄有多大?"我也被难住了。于是便打开网络。找到了。 第一个问题: 世界上第一个"称"地球重量的人，是英国科学家卡文迪许。他经过深入研究，觉得利用牛顿的万有引力才是惟一的。可是，在实验室里，采用这种办法是极其困难的，因为没有那么精确的度量仪器。比如两个一公斤重的铝球，当他们相距十公分时，相互之间引力只有百万分之一克，即使空气中的飘尘，也能干扰它的准确度，这怎么能实用呢?他为此整天冥思苦想。有一天，他看见几个小孩用镜子反射太阳光玩，小镜子稍一转动，远处的光斑就有了大幅度位移，他顿开茅塞，连忙按照这个原理改装了实验仪器，使测量的灵敏度大大提高。就这样，卡文迪许用百折不挠的精神，终于攀上了科学的高峰～1798年，他第一个"称"出了地球的重量，它的数值是5.977x1024公斤，即将近六十万亿亿吨 卡文迪许测算了万有引力定律中的G,用万能公式gR2=GM求出了地球质量。 第二个问题: 方舟子:地球年龄有多大 2010年01月02日00:29经济观察报45.4亿年，误差1%，这是今天科学界测定的地球年龄。这个年龄漫长得超出人们的想象能力。"人生不满百，常怀千岁忧"。几千年的岁月已是人类能够想像的最漫长的历史时间。难怪直到今天，仍有许多所谓"年轻地球论者"无视科学证据，坚信地球的年龄只有几千年。 对古希腊自然哲学家来说，这不是一个问题。他们普遍认为世界是极其古老的，或无始无终永恒存在着，处于循环往复的变化之中。亚里斯多德在《气象学》一中，阐述了这一观点: "地球的相同部分并非总是潮湿或干燥的，而是随着河流的出现和干涸而发生变化。而且，陆地和海洋之间的关系也发生了变化，一个地方并非总是陆地或海洋，以前是陆地的，变成了海洋，而现在是海洋的，有一天将变成陆地。…但是地球的整个有机过程是逐渐发生的，与我们的寿命相比，其时间间隔是极其漫长的，因此这些变化没有被观察到，在能够对这个过程从头到尾加以记录之前，所有的民族都已衰亡、毁灭了。" 基督教在西方占据统治地位之后，这种世界观就成了异端。基督教《圣经》详细地记载了从亚当开始的人类的家谱。理论上，回溯这些家谱，即可以推算出神创造世界的时间。事实上，《圣经》对家谱的记载有的很含糊甚至自相矛盾，要推算出准确的日期是不可能的。因此在推算时还要参考其他资料，估计一代人的平均时间(通常按一个世纪三代计算)和君王平均在位的时间(通常按20~25年计算)，当然还免不了臆想。 最早这么做的是叙利亚安提俄克的主教西奥菲勒斯(约115-180)。169年，为了反击异教徒对基督教的批评，他通过研究《圣经》推算出世界是在公元前5529年创造出来的。他承认这个数据未必很精确，但是即使有50年甚至200年的误差，也足以反驳异教徒认为世界历史很漫长的观点。后来的神学家也如法炮制，虽然推算的结果各不相同，但是都认为世界历史只有几千年，不超过1万年。例如在基督教神学史上地位崇高的古罗马神学家奥古斯丁(354-30)曾推算出世界历史为6321年。 这些推算中，以爱尔兰首席主教詹姆斯?乌瑟(1581-1656)的最为出名。他在1650和1654年发表两部著作，推算出上帝在罗马儒略历710年10月22日傍晚时创造天地，相当于公元前4004年10月22日傍晚。奇怪的是，乌瑟认为上帝创造世界的年份是儒略历710年而不是儒略历1年，那么在太阳被创造出来之前的710年没有太阳，怎么纪年呢?乌瑟和当时的人们都没有注意到这个矛盾，乌瑟的推算被普遍接受，自1701年起被印在了英国出版的《圣经》上。 就在乌瑟发表其推算的时候，启蒙时代已经开始了。启蒙先驱们至少在私下里对《圣经》不以为然，不再相信地球是上帝直接创造出来的，而是自然形成的。在1644年出版的《哲学原理》一书中，法国哲学家笛卡儿(1596-1650)设想地球可能源自一颗炽热的恒星，这颗恒星冷却后，掉进了环绕太阳的以太" 旋涡"中，变成了地球。另一个法国人德梅耶(1656-1738)进而试图根据自然现象来推算地球的年龄。推算的结果要比根据《圣经》推算出的古老得多。德梅耶深知这么做要冒着受到教会迫害的风险，因此他把这个观点写成了文学作品，虚构了一位法国传教士与一位印度哲学家的对话，由后者表述出来。这位印度哲学家显然是德梅耶的化身，他的名字特里梅德(Telliamed)是德梅耶(deMaillet)的倒写。即便如此，德梅耶也不敢出版这部著作，只供朋友们传抄，在他死去10年后，《特里梅德》才出版。 德梅耶认为地球曾经完全被水淹没，其证据就是在内陆高山上发现的海贝化石。之后，地球的水慢慢掉进了以太"旋涡"中，导致海平面逐渐下降。德梅耶指出，在迦太基、亚历山大城、艾可等地，有一些建筑原先是建在海平面的，现在都远离海平面了。根据这些建筑的位置和建造时间，可以算得海平面每100年大约下降3英寸。那么，从世界最高峰的海拔高度，可以推算出地球的年龄大约有20亿年。 在今天看来，德梅耶的推算当然经不起推敲。地球从来没有完全被水覆盖。高山上的海贝化石不是由于海平面下降留下的，而是由于高山从海平面以下隆起带来的。他也忽视了，同样在地中海一带，还有很多地方的地面反而下陷到海平面底下，沉入了海底。德梅耶试图根据海平面下降来推算地球年龄，是站不住脚的。但是德梅耶第一个猜测到地球的年龄可能长达几十亿年，而不是只有几千年。世界要比《圣经》所记载的古老得多。更重要的是德梅耶采用的研究方法:不是把《圣经》或某部宗教著作当作依据，而是去研究自然现象，试图找到能用以测定地球年龄的规律。 德梅耶的宇宙观深受笛卡儿的影响，但是这种旋涡宇宙观在当时已经过时。取而代之的是牛顿(1642-1727)的宇宙观。在1687年出版的《数学原理》一书中，牛顿提出物体散热的速度和物体的大小成正比。他认为，一个烧得通红的直径1英寸的铁球会在1小时后失去所有的热量，那么，一个和地球一样大的炽热铁球(直径大约4000万英尺，1英尺=12英寸)，就要花上5万多年的时间才能冷却下来。 牛顿并不是在计算地球的年龄，但是他为后人计算地球年龄指示了一个重要方向:通过计算地球从最初的炽热状态冷却到现在的温度所需要的时间，就 可以知道地球的年龄。法国博物学家布封(1707-1788)是沿着牛顿指示的方向前进的众多学者中的第一个。他认为太阳系是一颗彗星撞击太阳形成的，在撞击下，太阳抛出的气体和液体形成了各个行星和卫星。其中的一个就是地球。接下来布封要计算地球从一个熔球到冷却到现在的温度所需要的时间。为此他首先需要知道熔球冷却的速度。他用10个直径相差半英寸的铁球做实验，把它们加热到通红，然后测量冷却到室温所需要的时间。他发现冷却时间和球的直径大致成正比，由此外推到地球大小，算出地球从熔球冷却到现在的温度需要96670年。 但是地球毕竟不是铁球。布封重复实验，这回用的不是铁球，而是和地球的组成相近的球。根据实验结果算出地球的年龄是74832年。虽然这是布封印在书上的结果，但是他私下承认这可能大大低估了地球的年龄。他注意到，暴露在阿尔卑斯山的沉积岩层非常深，而岩石沉积的速度又极其缓慢，这些都说明地球年龄远远不只几万年。在一份没有发表的手稿中，布封对地球年龄重新做了几次估计，结果都比他发表出来的长得多。其中的一个估计是，地球有近30亿年的历史。 布封不敢发表这些估算，显然是担心激怒宗教势力。说地球只有几万年的历史也许还能被教会容忍，说地球有几十亿年的历史，就会被认为是在和教会作对了。在布封小心翼翼的文字背后，隐藏着更具革命性的力量。他是第一个用实验方法研究地球年龄的，也是第一个认识到地球的面貌是在自然力量持续而均一的作用下形成的，今天我们所观察到的地质过程，与过去的相同--这种思想后来被称为均变论。因此通过观察地球漫长的历史过程中在自然力的作用下发生的缓慢变化，可以推算出地球的年龄。布封采用的具体推算方法是错误的，思想观念却是正确的。 方舟子 留美学者，生物化学博士smfang@yahoo.com MSN空间完美搬家到新浪博客～