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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

日志

 
 
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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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绝对定年——《锆石-守护时光的简话》外一篇  

2012-10-19 15:37:49|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:溯鹰

此时,离我以一个科普作者的身份在松鼠会投稿第一篇科普文章《锆石--守护时光的简话》,差不多正好一年时间了。每每站在时间的节点上,我总想要纪念一下什么。于是就做出了这个决定——既然是留念,那么,不妨就还用一年前的主题:地质年代学。既然为年而作,必当写纪年之文,这挺恰到好处的嘛。

当然啦,这篇可能并不算是一篇格式严格的科普地质年代学的文章。由于遣词造句不少,导致文中技术化的部分可能略显稀释。嗯,就先权当一篇具有科普功能的科学随笔罢。

想到这些时,溯鹰已经很开心地动笔写了。那么,外一篇,来吧。

外一篇的序言

时光本如流水,连续亘古不变。身为地球往事的追寻者与解构者,每一位地学人都不免要花费巨大的精力来完成他们对时间的巡礼。不过,过隙韶华的人类要凭自己的一己肉身,来面对动辄亿万纪年的宏大叙事。这显然是一场时空严重不对等的对话。当地球以一团星云物质开始固化铸型时,地质的剧目已然分屏而开。从熔透地表的岩浆海,到雪球事件的酷寒;洲际造山何其宏伟,大洋的开闭又何等惊骇波澜。震旦末的生命酝酿,在寒武的伊始爆发诞生,一瞬间发祥繁盛,又在另一瞬间灭绝一旦。在地球的舞台上,这理应是最壮烈的史诗了。可追溯历史的人们要面对的正是这些。它们什么时候发生,持续了多久?追问,追问,穷追不舍地寻问。既然坚守着目的,我想,就不要去担心那过程,看起来会像是一场殉道式的空泛演绎。

【身份纵然不对等,人类与大地的对话却从未间断地进行着。溯鹰行摄】

同位素时钟——天然如斯极简主义

令人畅怀的是,这样的追问确实还是找到了眉目。但接下来的事情也许会令人不禁莞尔:神往着宏观话语的地史学家,却将追寻的线索最终伸进了量子尺度的空间。长河般的编年史,被发现最终封存在原子层面的体系内。如果说科学从不允许文学式的夸张,那么又该怎样表述这魔幻般的尺度跃迁呢?

汤姆森、居里夫人、卢瑟福;熟悉的名字,亲切的名字,朴实无华的名字。放射、同位素、半衰期;晦涩的词汇,深奥的词汇,在氤氲的猫箱中掌管着生死的词汇——正是它们,开启了通向亘古的巨门。可就像任何巨门的开闭最终都要取决于小小的钥匙一样,绝对定年的核心理论,也最终不过凝缩为了一句被称作“衰变定律”的再简单不过的描述:某些元素的原子核可以自发地放射出粒子,衰变成其它的元素,并且每一刻它们衰变的速率仅与当时原子的数目成正比[见图]。用积分的形式来换一种说法的话:时间,在方程中便转化为了原子数量的函数[见图]。谁能获得原子的数量,谁便掌握了时间。于是,昨日的数目,今日的数目,在衰变中亏损的数目。昨日的事件,今日的事件,等式的天平均衡,一切,从此便有了明朗的关联。

【图:衰变定律(Soddy & Lutherford, 1900)的数学表示。其中,N是放射性同位素的数目;t是时间;λ为衰变常数,而N0代指同位素时钟开启时的原始封存数目。】

让我们从量子世界切换回地史世界。现在我们可以说大也有大的好处了:显然,偌大地质事件的起承转合,要想不在地球上留下痕迹,是绝然不可能的。地质事件的每一幕都有相应的岩石随之形成。它们扮演着记录者的角色。成岩作用的实质,是天然化合物的结晶过程。晶格充当牢笼,原子便如羁鸟。当同位素被封装在“晶格”这个笼子里永恒保存下来时,十年、千年、万年、百万年,这些晶体便从此有了一个更加响亮的名字——同位素时钟。

目前所知的天然放射性同位素共有65种之多,每一种同位素都有着自己对应的一套放射体系。不同化学性质的同位素,被封存在不同的同位素时钟里。所以,出现在绝对定年实验室中的晶体,有时是封存铀-铅的锆石,有时是封存镥-铪的磷灰石,些许为封存铼-锇的辉钼矿,抑或,只是一块有着碳-14的普通石灰岩。

所谓[绝对定年]的工作,便是剥出这些同位素时钟中封存的放射性原子,一颗一颗来数的工作。

具体的计数由质谱仪(Mass Spectrograph)完成。譬如在锆石铀铅的实验中,高能激光的聚焦束斑,足以将晶体瞬间气化。进入气态的原子随后在强电压作用下接受电离,形成离子。离子洪流冲进质谱仪的磁场腔,不同的同位素离子,便会因质量数的不同而在磁场里分离开来。最终激发不同轨道的感应器,获得每一种元素的计数响应。

绝对年代学——回眸中的纪元归溯

衰变定律告诉人们,粒子计数的背后,是年龄;来自地质学的演绎又为这些年龄赋予了一份天然的叙事意义。当独立的年龄依时间轴依次排开,形成一条连续的因果链时,星球的编年史,便訇然浮现于人们的眼前。冥古宙、太古宙、元古宙,从46亿到5.4亿,隐生世界天地洪荒,永恒混沌不堪假想;直到5.4亿为界,生命才在地球上投射出第一缕繁盛的晨光。震旦纪打开了生物之门,而寒武纪的海洋已然一片繁荣景象。奥陶与志留,泥盆接石炭。造山运动,全球海退;陆地扩张,生物登陆。生命们本应享受向广袤陆地进军的快感,却偏偏遇上了二叠纪全球地幔的同步溢出,踌躇满志的生物圈被彻底撕破。98%物种随着古生代的结束彻底灭绝了,生态位一下子大幅度空缺起来。但是,生命的钟摆依然振动着。旧纪元化为磐石,新生命又春笋般探出,马不停蹄地展开下一幕的演绎。中生代的起始是三叠纪。盘古大陆形成,诸洲合众为一。恐龙们的舞台铸就了侏罗纪的天堂,可转眼又随星际冲撞而尘封于铱土白垩。6500万年前,恐龙的灭绝标志着地史第三幕的启动,新生代来了:海陆轮廓开始逐渐变成现代的模样,哺乳动物和被子植物走向了舞台的中央,一切,渐渐地有了依稀熟悉的光景。从古新世到渐新世;从中新世到全新世。时间一点点朝现代逼近着。15Ma,1Ma,0.1Ma,10000Y.a…..时间的单位,由Mega Annum(-百万年前)开始一点一点地变为Years Ago(-年前)——人们关注的时间尺度,就像即将抵港的航班,缓缓地降了下来。直到“23时的最后几分钟”,当人类终于看到自己的分娩时,时间的尺度,便平稳地落回了我们自己。走过了末次盛冰期,送别了猛犸的灭绝,人类世纪的火种点燃在我们自己的标尺上。于是,另一段故事,展开了。

【时光的流动永恒不息,不同尺度上演绎着不同的故事。溯鹰行摄】

茹毛饮血、文明发祥。不久,情感来了、意志来了,智慧也来了。哲学、宗教、文化;战争、奴役、性。繁衍的命题与生存的命题,妥协的命题与抗争的命题。教条锢牧思想,人性一朝复兴;远航给视野以张力,启蒙带来革命。理性主义、实用主义,经验和超验的主义;契约的实际,原始积累的实际,哲学死而复活的实际。蒸汽升腾,电灯点亮,大厦完美地坍颓着。直到钢铁与鲜血屈服于核融之力;极权与自由共陷尴尬的疯狂,在旅人登月的插曲中,第三次浪潮又悄然兴起……转瞬间,时间的坐标便到了你我诞生的年代,回溯的目光终于落回自己的脚下。时光之尺,由世纪再度缩小为了年、然后是月、日、时、分。历史终于走了,我们的生活又变回了唯一可以触摸的存在。在这生活的轨迹上,是否一次次地感慨过生命的漫长与短暂?是否一次次地体会着生活的欢愉与艰辛?可我们依然执于寻觅一丝一缕的自由与闲暇,以求可以暂时梦游于那些大得无边无际的世界,就好像,我们的心可以充斥那广袤的时空,随之无限地徜徉一样。

最后的祝福——节点,时代,期望

历史以现在为终点,从此封存,不可更改;而未来则在今天徐徐地展开。我们活在每一个“现在”,犹如站在壮阔的分水岭上。空间为每一个时间点带来广度,而我们则接着为之赋上生命的动态。一、二、三,千百、十亿。无数的人类则聚成了合力的矢量。这无疑是壮阔的浪潮,而浪潮的前锋,被我们称为时代。

处在大时代中的个体,可能会不免觉得压抑与怅惘,当波澜巨浪压过来的时候,时代便有了直观的重量。

可我却分明看到溅起的水珠,并没有像无生命的尘土一样落下。它们仿佛一瞬间拥有了翅膀,跃上天空,任自徜翔。哦,原来我们还有自由意志——多好的东西啊。

就像飞翔于空中的水珠可以完整投射天地各向的全景,拥有智慧的每我们,亦期望将栖居的宇宙显影全息。这可能不是我们的责任,但却是我们的志趣。无论是亘古时光还是浩渺长空,量子奔流还是星辰万丈,我们无所不可感受,无所不能包容。水珠请展开飞翔的双翅吧。有一份期待,在等着她飞向更高。

以自由的名义,以自我的名义,以理性、意志和情感的名义。

 

 

原文链接:《锆石——守护时光的简话》

 

 

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