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为什么大名鼎鼎的开尔文勋爵,没能准确地计算出地球的年龄

早在中世纪,矿工们就发现了一个奇怪的现象:挖得越深,矿井里就越热。这似乎在暗示我们,脚下这块冰冷的大地深处,其实是一个巨

早在中世纪,矿工们就发现了一个奇怪的现象:挖得越深,矿井里就越热。

这似乎在暗示我们,脚下这块冰冷的大地深处,其实是一个巨大的热源。

到了19世纪,著名的物理学家开尔文勋爵(Lord Kelvin)——就是那个发明了绝对温标(K)的大神——决定用物理学来解释这个现象,并顺便计算一下地球的年龄。

他的理论听起来非常完美:地球就像是一个刚从宇宙烤箱里拿出来的烤土豆。

“烤土豆”理论

开尔文认为,地球诞生之初是一团熔融的火球,然后随着时间推移,热量慢慢从表面散发,地球就开始冷却。

这个过程可以类比生活中的场景:把两个刚烤好的土豆放进冰箱——

一个只放了1分钟:摸起来表面还是烫的。

一个放了30分钟:表面凉了,甚至皮下几厘米都凉了,只有最中心还有点余温。

因此,开尔文提出:只要测量地表以下的“温度梯度”(即深度每增加单位距离,温度升高的数值),再结合岩石的热传导率等物理参数,就能通过热传导公式推算出地球从“熔融火球”冷却到当前状态的时间——也就是地球的年龄。

开尔文收集了矿井里的温度数据,代入他精妙的热传导公式,得出了结论:地球的年龄大约是2000万年。

错得离谱

如今我们通过放射性定年法明确知道,地球的真实年龄约为45.7亿年。开尔文算出的2000万年,简直错到了姥姥家。

为什么一个如此伟大的物理学家会犯这么低级的错误?

教科书上通常会说:开尔文的时代(19世纪)尚未发现放射性衰变现象。

确实,地球内部有大量的放射性元素(如铀-238、钍-232、钾-40等),它们在衰变过程中会持续释放热量——这相当于给地球装了一个“内置加热器”,这确实能让地球冷却得慢一些。

但是,即使将放射性产热纳入计算,开尔文的模型得出的年龄依然不会超过10亿年,远小于45.7亿年。

地球不是土豆

开尔文的错误在于,他将地球视为一个均匀的刚性固体(就像冷却后的土豆),热量只能靠传导一点点往外挪。

但真实的地球内部并非如此。地球的地幔(位于地壳与地核之间,厚度约2900公里)在高温高压环境下,呈现出“塑性”特征——既不是完全僵硬的固体,也不是流动的液体,更像是被加热的蜡烛油或柔软的橡皮泥,能在漫长地质时间里发生缓慢流动。

这种塑性特征催生了一种高效得多的传热方式——地幔对流:

靠近地核的地幔物质被加热,密度降低,缓慢向上浮升;

到达地壳底部后,热量散失,密度增大,再缓慢下沉回地幔深处。

这种类似“浓汤搅拌”的循环运动,能将地核深处的热量以远超热传导的效率输送到地表下方,相当于给地球搭建了一套“中央供暖系统”。

但实际上,地球的地幔(地壳和地核中间那层厚厚的岩石)并不是完全僵硬的。

像蜡烛一样的地球

正是这种“地幔对流”,源源不断地把深处的热量输送到地壳底部,加热了矿井,驱动了板块运动,甚至引发了火山喷发。

这就好比你以为土豆凉了,但其实土豆内部有一个搅拌机在不断把热泥翻上来。

所以,当我们往下挖时感受到的那个高温,并不是因为地球还很“年轻”(刚出炉),而是因为地球内部有一套高效的“暖气输送系统”,让它即使过了45亿年,依然维持着一副“刚出炉”的假象。

开尔文的故事告诉我们,即使是最聪明的大脑,如果建立在错误模型之上(把流动的地球当成死硬的土豆),也会得出荒谬的结论。

地球不只是一个旋转的石头,它是一个活着的、流动的、热气腾腾的行星。下次当你觉得脚下的土地冰冷坚硬时,记得在它深处,正涌动着如蜡烛油般温暖而缓慢的岩石河流。