為什么大名鼎鼎的開爾文勛爵，沒能準(zhǔn)確地計(jì)算出地球的年齡

早在中世紀(jì)，礦工們就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：挖得越深，礦井里就越熱。

這似乎在暗示我們，腳下這塊冰冷的大地深處，其實(shí)是一個(gè)巨大的熱源。

到了19世紀(jì)，著名的物理學(xué)家開爾文勛爵（Lord Kelvin）——就是那個(gè)發(fā)明了絕對(duì)溫標(biāo)（K）的大神——決定用物理學(xué)來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象，并順便計(jì)算一下地球的年齡。

他的理論聽起來(lái)非常完美：地球就像是一個(gè)剛從宇宙烤箱里拿出來(lái)的烤土豆。

“烤土豆”理論

開爾文認(rèn)為，地球誕生之初是一團(tuán)熔融的火球，然后隨著時(shí)間推移，熱量慢慢從表面散發(fā)，地球就開始冷卻。

這個(gè)過程可以類比生活中的場(chǎng)景：把兩個(gè)剛烤好的土豆放進(jìn)冰箱——

• 一個(gè)只放了1分鐘：摸起來(lái)表面還是燙的。
• 一個(gè)放了30分鐘：表面涼了，甚至皮下幾厘米都涼了，只有最中心還有點(diǎn)余溫。

因此，開爾文提出：只要測(cè)量地表以下的“溫度梯度”（即深度每增加單位距離，溫度升高的數(shù)值），再結(jié)合巖石的熱傳導(dǎo)率等物理參數(shù)，就能通過熱傳導(dǎo)公式推算出地球從“熔融火球”冷卻到當(dāng)前狀態(tài)的時(shí)間——也就是地球的年齡。

開爾文收集了礦井里的溫度數(shù)據(jù)，代入他精妙的熱傳導(dǎo)公式，得出了結(jié)論：地球的年齡大約是2000萬(wàn)年。

錯(cuò)得離譜

如今我們通過放射性定年法明確知道，地球的真實(shí)年齡約為45.7億年。開爾文算出的2000萬(wàn)年，簡(jiǎn)直錯(cuò)到了姥姥家。

為什么一個(gè)如此偉大的物理學(xué)家會(huì)犯這么低級(jí)的錯(cuò)誤？

教科書上通常會(huì)說(shuō)：開爾文的時(shí)代（19世紀(jì)）尚未發(fā)現(xiàn)放射性衰變現(xiàn)象。

確實(shí)，地球內(nèi)部有大量的放射性元素（如鈾-238、釷-232、鉀-40等），它們?cè)谒プ冞^程中會(huì)持續(xù)釋放熱量——這相當(dāng)于給地球裝了一個(gè)“內(nèi)置加熱器”，這確實(shí)能讓地球冷卻得慢一些。

但是，即使將放射性產(chǎn)熱納入計(jì)算，開爾文的模型得出的年齡依然不會(huì)超過10億年，遠(yuǎn)小于45.7億年。

地球不是土豆

開爾文的錯(cuò)誤在于，他將地球視為一個(gè)均勻的剛性固體（就像冷卻后的土豆），熱量只能靠 傳導(dǎo)一點(diǎn)點(diǎn)往外挪。

但真實(shí)的地球內(nèi)部并非如此。地球的地幔（位于地殼與地核之間，厚度約2900公里）在高溫高壓環(huán)境下，呈現(xiàn)出“塑性”特征——既不是完全僵硬的固體，也不是流動(dòng)的液體，更像是被加熱的蠟燭油或柔軟的橡皮泥，能在漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)間里發(fā)生緩慢流動(dòng)。

這種塑性特征催生了一種高效得多的傳熱方式——地幔對(duì)流：

• 靠近地核的地幔物質(zhì)被加熱，密度降低，緩慢向上浮升；
• 到達(dá)地殼底部后，熱量散失，密度增大，再緩慢下沉回地幔深處。

這種類似“濃湯攪拌”的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，能將地核深處的熱量以遠(yuǎn)超熱傳導(dǎo)的效率輸送到地表下方，相當(dāng)于給地球搭建了一套“中央供暖系統(tǒng)”。

但實(shí)際上，地球的地幔（地殼和地核中間那層厚厚的巖石）并不是完全僵硬的。

像蠟燭一樣的地球

正是這種“地幔對(duì)流”，源源不斷地把深處的熱量輸送到地殼底部，加熱了礦井，驅(qū)動(dòng)了板塊運(yùn)動(dòng)，甚至引發(fā)了火山噴發(fā)。

這就好比你以為土豆涼了，但其實(shí)土豆內(nèi)部有一個(gè)攪拌機(jī)在不斷把熱泥翻上來(lái)。

所以，當(dāng)我們往下挖時(shí)感受到的那個(gè)高溫，并不是因?yàn)榈厍蜻€很“年輕”（剛出爐），而是因?yàn)榈厍騼?nèi)部有一套高效的“暖氣輸送系統(tǒng)”，讓它即使過了45億年，依然維持著一副“剛出爐”的假象。

開爾文的故事告訴我們，即使是最聰明的大腦，如果建立在錯(cuò)誤模型之上（把流動(dòng)的地球當(dāng)成死硬的土豆），也會(huì)得出荒謬的結(jié)論。

地球不只是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的石頭，它是一顆活著的、流動(dòng)的、熱氣騰騰的行星。下次當(dāng)你覺得腳下的土地冰冷堅(jiān)硬時(shí)，記得在它深處，正涌動(dòng)著如蠟燭油般溫暖而緩慢的巖石河流。