最新的年龄结果
到了19世纪中叶，物理学家已经认识到永恒并不存在，所有事物最终都会耗尽。这一关键原则现已载入物理法则，就是著名的热力学第二定律。当然，这也意味着在某个远古的过去，必须存在一个“诞生的痕迹”。在将来，即使是非常遥远的一天，地球上今日存在的东西也会终结。所以在1852年，英国物理学家威廉·汤姆森（William Thomson），也就是著名的开尔文勋爵曾写道：
在过去的某段时间内，地球肯定不像今天这样适宜人类生存；而在将来的某段时间内，地球也肯定会再次变得不适宜人类生存——除非某种作用已经开始或将要开始。这些作用在今天已知的物理定律下是不可能的，而这些定律则是今天的物质世界里正在发生之事件的主要成因。
我们知道，如果没有太阳，地球不可能适宜生存，所以汤姆森试图计算出，若太阳一直辐射出如此巨量的光和热来维持地球适宜生存，那么究竟可以维持多久。汤姆森用维多利亚时期人们能够接受的一个例子指出，即使整个太阳是由煤构成的，并在一个纯氧气的大气环境下燃烧，那也只能维持几千年，然后就变成煤渣了。但是，他发现还有一种能量来源可供太阳这样的恒星利用。
汤姆森发现了一个现象，他的德国同行赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）也独立发现了这个现象。他们的发现就是：一个太阳尺度的气体球，直径是地球的108倍，如果在自己的重量下缓慢收缩，它可以保持内部高温。这种收缩会释放引力能，然后转化成热量。为了保持太阳的温度，可以很容易地算出它必须收缩的速率，这大约仅仅是每年50米。不幸的是，尽管这已经很慢了，但它还是意味着太阳会在2000万年内燃烧殆尽，这个数值就是所谓的开尔文－亥姆霍兹时标（Kelvin-Helmholtz timescale）。对生物学家和地质学家而言，这个时间段还是太短了，他们需要好几亿年来促成他们在生物和非生物世界中看到的变化。今天我们知道，这种收缩加热的过程是新恒星诞生时进行内部加热的方法。
结果就是，汤姆森的两个论断都是正确的。“在过去的某段时间内”地球的确不适宜生物生存，但是这个“某段时间”远远长于开尔文－亥姆霍兹时标。此外，在19世纪的确有当时尚未被科学家们知晓的物理定律——放射现象。
1895年，德国物理学家威廉·伦琴（Wilhelm Röntgen）发现了X射线，进而发现了其他形式的辐射，并对释放这种辐射的物质，也就是放射性物质进行了研究。新西兰人欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）把这些新想法应用到两个方面：指出了太阳的一种“新”能源，并提出了一个新的时标。他曾在剑桥大学、曼彻斯特大学和蒙特利尔的麦吉尔大学工作过。但是我们没有必要详述他是如何发现了精确时标的每个步骤，可以直接跳到故事的结尾。
这种辐射提供的第一样东西就是能量，是由19世纪50年代的汤姆森所不知道的机制产生的。当重元素的原子核重新排列成一种低能量状态时，就会释放出这种辐射。自然界总是倾向于低能态。原子核如此自我调整，多出来的能量就被我们测到的辐射携带出来，而且原子还可能转化成另一种物质的原子。例如，铀的一种形式可以如此“衰变”成铅。
这些过程所释放的能量最终是由极少量的物质转化而成的，与爱因斯坦著名的公式E=mc2的描述完全一致。但是，爱因斯坦1905年才提出这个公式，天文学家用了几十年才发现，原来使太阳和恒星保持高温的不是放射性衰变，而是将一组很轻的原子核融合到一起的过程（特别是氢转化成氦）。重要的是，在20世纪初，卢瑟福等人已经清楚汤姆森时代有很多未知的物理定律，原子核内部的反应确实可以长时间为太阳提供能量。但是有多长？在这里，卢瑟福对地球年龄这一争论性课题的最重要贡献便慢慢涌现出来。
卢瑟福发现，如果一开始你有一定数量的某种放射性元素，它们中的一半会在特定时间里衰变成其他物质，这叫作半衰期。在下一个半衰期，剩下一半的一半（最开始的1/4）又会产生衰变，以此类推。不同的放射性物质的半衰期是不同的，但都可以在实验室中被测量。这意味着，如果你有一个岩石样本，其中包含放射性元素的混合物和所谓的“子”产物（例如放射性铀和它的子产物铅），那么你可以测量各种物质存在的比例，以此来算出岩石的年龄——放射性衰变进行的时长。1905年，卢瑟福和他的同事伯特伦·博尔特伍德（Bertram Boltwood）用这种方法测量了一个岩石的样本，得到的结果为5亿年，是开尔文－亥姆霍兹时标的20倍。即便如此，这还是一块相对“年轻”的岩石。从1905年开始，利用这种绝对可靠且精确的技术，科学家们将地球上能找到的最古老的岩石进行了推算，他们发现地球年龄已经超过40亿岁，恰好匹配了对太阳年龄的现代估计。时标的谜题终于被解开了。
在后面章节里，我们不会讲述地球历史的细枝末节，例如地质学家如何发现有关我们行星家园的知识。相反，我们会聚焦于地质学家的最新发现。让我们把地球放回行星的位置，看看地球作为太阳系的一部分是如何形成的。这样开始我们的旅程是很合理的，因为这解释了那些仍在地球上衰变的放射性元素的来源。放射性元素对于理解地球时（terrestrial time）很重要。