地球的年龄 | 从实验室到真相 —— 科学探索与认知的演变

注：本文为 “地球的年龄” 相关合辑。
英文引文，机翻未校。
中文引文，略作重排。
如有内容异常，请看原文。

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How Do We Know How Old the Earth Is?

我们如何确定地球的年龄？

By IERE Team / June 4, 2025

We know the Earth is approximately 4.54 ± 0.05 billion years old through a combination of radiometric dating of meteorites and lunar samples, coupled with the age-dating of the oldest-known terrestrial rocks and zircon crystals. This convergence of evidence, based on the decay of radioactive isotopes, provides a robust and consistent understanding of our planet’s age.
通过对陨石、月球样本的放射性测年，结合已知最古老的地球岩石和锆石晶体的年代测定，我们得知地球的年龄约为 45.4 ± 0.5 亿年。这种基于放射性同位素衰变的证据相互印证，为我们理解地球年龄提供了可靠且一致的依据。

The Pillars of Earth’s Age Determination

地球年龄测定的两大支柱

The quest to understand the age of the Earth has been a long and fascinating journey, moving from biblical interpretations to rigorous scientific inquiry. Today, our understanding rests primarily on two pillars: radiometric dating and consistent isotopic ratios found in extraterrestrial materials.
人类探索地球年龄的历程漫长而有趣，从依据圣经的解读逐渐发展为严谨的科学研究。如今，我们对地球年龄的认知主要基于两大支柱：放射性测年法和地外物质中稳定的同位素比值。

Radiometric Dating: Unlocking the Past

放射性测年法：解锁过去

Radiometric dating is a method of determining the age of a sample based on the decay rate of radioactive isotopes it contains. Radioactive isotopes are unstable forms of elements that decay into more stable forms at a known, constant rate. This rate is expressed as a half-life, which is the time it takes for half of the parent isotope to decay into its daughter product.
放射性测年法是通过测量样本中放射性同位素的衰变率来确定其年龄的方法。放射性同位素是元素的不稳定形式，会以已知的恒定速率衰变为更稳定的形式。这个速率用半衰期表示，即一半的母体同位素衰变为子体产物所需的时间。

Different isotopes have different half-lives, ranging from fractions of a second to billions of years. Scientists use isotopes with very long half-lives, such as uranium-238 ${(}^{238}\text{U}$, 4.47 billion years half-life), uranium-235 ${(}^{235}\text{U}$, 704 million years half-life), potassium-40 ${(}^{40}\text{K}$, 1.25 billion years half-life), and rubidium-87 ${(}^{87}\text{Rb}$, 48.8 billion years half-life), to date extremely old rocks and minerals.
不同同位素的半衰期差异很大，从几分之一秒到数十亿年不等。科学家使用半衰期极长的同位素来测定极古老的岩石和矿物，例如铀 - 238（${}^{238}\text{U}$，半衰期 44.7 亿年）、铀 - 235（${}^{235}\text{U}$，半衰期 7.04 亿年）、钾 - 40（${}^{40}\text{K}$，半衰期 12.5 亿年）和铷 - 87（${}^{87}\text{Rb}$，半衰期 488 亿年）。

By measuring the ratio of the parent isotope to the daughter product in a sample, and knowing the half-life of the isotope, scientists can calculate how long ago the rock or mineral formed. This method is remarkably accurate and reliable, especially when applied to multiple samples and using multiple isotopic systems.
通过测量样本中母体同位素与子体产物的比值，并结合该同位素的半衰期，科学家可以计算出岩石或矿物的形成时间。这种方法极为精确可靠，尤其在对多个样本采用多种同位素体系进行测定时更是如此。

Extraterrestrial Clues: Meteorites and Lunar Samples

地外线索：陨石与月球样本

The Earth’s surface is constantly being recycled through processes like plate tectonics and erosion. This makes it difficult to find truly ancient terrestrial rocks that have not been altered significantly since the planet’s formation. Fortunately, we have access to materials that have remained relatively unchanged since the early solar system: meteorites.
地球表面通过板块构造、侵蚀等过程不断循环更新，因此很难找到自地球形成以来未被显著改变的真正古老的地球岩石。幸运的是，我们可以利用自太阳系早期以来相对未变的物质：陨石。

Meteorites are remnants of asteroids and other celestial bodies that formed at the same time as the Earth. Many meteorites are composed of materials that have never been melted or differentiated, providing a pristine record of the early solar system. By dating these meteorites, scientists can obtain a reliable estimate of the age of the solar system and, by extension, the age of the Earth.
陨石是与地球同时形成的小行星和其他天体的残余物。许多陨石由从未经过熔化或分异的物质组成，为太阳系早期历史提供了原始记录。通过测定这些陨石的年代，科学家可以可靠地估算太阳系的年龄，进而推断地球的年龄。

Lunar samples, collected during the Apollo missions, also provide valuable information. The Moon is believed to have formed from debris ejected from the Earth after a giant impact early in its history. Dating lunar rocks provides another independent check on the Earth’s age.
阿波罗任务收集的月球样本也提供了宝贵信息。人们认为，月球是在地球早期历史上一次巨大撞击后，由从地球喷射出的碎片形成的。对月球岩石的年代测定为地球年龄提供了另一项独立验证。

The Significance of Zircon Crystals

锆石晶体的重要性

While most rocks on Earth have been altered over time, tiny crystals of zircon (zirconium silicate) are remarkably resilient. These crystals can survive intense heat and pressure, preserving a record of the conditions under which they formed.
尽管地球上大多数岩石都随时间发生了变化，但微小的锆石（硅酸锆） 晶体却异常坚韧。这些晶体能够承受高温高压，保存其形成时的环境记录。

Zircon crystals often contain trace amounts of uranium, which decays to lead. By dating these zircon crystals, scientists have found some of the oldest known terrestrial materials, dating back to approximately 4.4 billion years ago. This provides a minimum age for the Earth and reinforces the evidence from meteorites and lunar samples.
锆石晶体通常含有微量铀，而铀会衰变为铅。通过测定这些锆石晶体的年代，科学家发现了一些已知最古老的地球物质，其年代可追溯至约 44 亿年前。这为地球提供了一个最小年龄，并进一步印证了来自陨石和月球样本的证据。

FAQs: Delving Deeper into Earth’s Age

常见问题：深入了解地球年龄

Here are some frequently asked questions to further clarify the science behind determining Earth’s age:
以下是一些常见问题，以进一步阐明测定地球年龄背后的科学原理：

FAQ 1: What is Radiocarbon Dating and Why Isn’t it Used to Date Earth’s Formation?

问题 1：什么是放射性碳测年法？为什么它不用于测定地球形成的年代？

Radiocarbon dating, also known as carbon-14 dating, is a method used to date organic materials (e.g., bones, wood, textiles) up to around 50,000 years old. It relies on the decay of carbon-14 ${(}^{14}\text{C}$), a radioactive isotope of carbon with a half-life of only 5,730 years. Because of its short half-life, radiocarbon dating is unsuitable for dating rocks and minerals formed billions of years ago. By the time rocks formed, any carbon-14 would have long decayed to undetectable levels.

放射性碳测年法，又称碳 - 14 测年法，用于测定有机材料（如骨骼、木材、纺织品）的年代，适用范围上限约为 5 万年。该方法基于碳 - 14（${}^{14}\text{C}$）的衰变，碳 - 14 是碳的一种放射性同位素，半衰期仅为 5730 年。由于半衰期较短，放射性碳测年法不适用于测定数十亿年前形成的岩石和矿物。岩石形成时，其中可能存在的碳 - 14 早已衰变至无法检测的水平。

FAQ 2: How Accurate is Radiometric Dating?

问题 2：放射性测年法的精确度如何？

Radiometric dating is generally very accurate, with uncertainties often less than 1%. The accuracy depends on several factors, including the precision of the measurements, the accuracy of the known half-lives of the isotopes, and the absence of contamination or alteration of the sample. Scientists use multiple isotopic systems and cross-check results to ensure accuracy.
放射性测年法通常非常精确，误差往往低于 1%。其精确度取决于多个因素，包括测量的精度、已知同位素半衰期的准确性，以及样本未受污染或未被改变。科学家会使用多种同位素体系并交叉验证结果，以确保准确性。

FAQ 3: What are Isochrons and How Do They Improve Dating Accuracy?

问题 3：什么是等时线？它如何提高测年精度？

An isochron is a graph that plots the ratio of a parent isotope to a non-radiogenic isotope against the ratio of a daughter isotope to the same non-radiogenic isotope for multiple samples from the same rock unit. The slope of the isochron provides the age of the rock, and the y-intercept provides the initial ratio of the daughter isotope to the non-radiogenic isotope. Isochron dating is more robust than single-sample dating because it does not require knowledge of the initial isotopic composition of the rock and is less susceptible to the effects of contamination.
等时线是一种图表，用于绘制同一岩层单元中多个样本的母体同位素与非放射性同位素的比值，以及子体同位素与同一非放射性同位素的比值。等时线的斜率代表岩石的年龄，y 轴截距代表子体同位素与非放射性同位素的初始比值。等时线测年法比单一样本测年法更可靠，因为它不需要了解岩石的初始同位素组成，且受污染影响较小。

FAQ 4: Why Do Scientists Rely on Meteorites for Dating the Early Solar System?

问题 4：为什么科学家依赖陨石来测定太阳系早期的年代？

Meteorites represent the building blocks of the solar system and have remained relatively unchanged since their formation. They provide a pristine record of the early solar system’s composition and age. The Earth’s surface, on the other hand, has been continuously modified by geological processes, making it difficult to find truly ancient and unaltered rocks.
陨石是太阳系的构成物质，自形成以来相对未发生变化。它们为太阳系早期的组成和年龄提供了原始记录。而地球表面不断受到地质作用的改造，很难找到真正古老且未被改变的岩石。

FAQ 5: What are the Challenges in Dating Very Old Rocks?

问题 5：测定极古老岩石的年代面临哪些挑战？

Dating very old rocks presents several challenges, including:
测定极古老岩石的年代面临多项挑战，包括：

• Alteration: Old rocks may have been subjected to intense heat, pressure, and chemical alteration, which can affect the isotopic ratios.
  蚀变：古老岩石可能经历过高温、高压和化学蚀变，这些过程会影响同位素比值。

• Contamination: Rocks can be contaminated by external sources of isotopes, leading to inaccurate age estimates.
  污染：岩石可能受到外部同位素来源的污染，导致年龄估算不准确。

• Low Abundance: Very small amounts of the parent and daughter isotopes may be present, making precise measurements difficult.
  低丰度：母体和子体同位素的含量可能极低，难以进行精确测量。

FAQ 6: How Do Scientists Account for Potential Contamination in Samples?

问题 6：科学家如何应对样本可能存在的污染？

Scientists employ rigorous laboratory techniques to minimize contamination and carefully analyze samples for evidence of alteration. They use multiple isotopic systems and cross-check results to ensure consistency. Isochron dating also helps to mitigate the effects of contamination.
科学家采用严格的实验室技术以减少污染，并仔细分析样本是否有蚀变迹象。他们使用多种同位素体系并交叉验证结果，以确保一致性。等时线测年法也有助于减轻污染的影响。

FAQ 7: What Evidence Supports the Theory that the Moon Formed from a Giant Impact?

问题 7：有哪些证据支持月球形成于巨大撞击的理论？

Several lines of evidence support the giant-impact hypothesis, including:
多项证据支持大撞击假说，包括：

• The Moon’s composition is similar to the Earth’s mantle.
  月球的成分与地球地幔相似。

• The Moon has a relatively small iron core.
  月球的铁核相对较小。

• The Moon’s isotopic composition is similar to the Earth’s.
  月球的同位素组成与地球相似。

• Computer simulations show that a giant impact could have ejected enough material to form the Moon.
  计算机模拟显示，一次巨大撞击可能喷射出足够的物质形成月球。

FAQ 8: How Does Plate Tectonics Affect Our Ability to Find Old Rocks?

问题 8：板块构造如何影响我们寻找古老岩石的能力？

Plate tectonics is the process by which the Earth’s crust is divided into plates that move and interact with each other. This process constantly recycles the Earth’s surface, destroying old rocks and creating new ones. This makes it difficult to find truly ancient rocks that have not been altered by tectonic activity.
板块构造是指地球地壳分裂为多个板块并相互运动、相互作用的过程。这一过程不断循环更新地球表面，破坏古老岩石并形成新岩石，导致难以找到未被构造活动改变的真正古老的岩石。

FAQ 9: What are the Different Types of Meteorites, and Which Ones are Most Useful for Dating the Solar System?

问题 9：陨石有哪些类型？哪些类型对测定太阳系年代最有用？

There are three main types of meteorites:
陨石主要有三类：

• Stony meteorites: Composed primarily of silicate minerals.
  石陨石：主要由硅酸盐矿物组成。

• Iron meteorites: Composed primarily of iron and nickel.
  铁陨石：主要由铁和镍组成。

• Stony-iron meteorites: A mixture of silicate minerals and iron-nickel metal.
  石铁陨石：由硅酸盐矿物和铁镍金属混合而成。

Chondrites, a type of stony meteorite, are particularly useful for dating the solar system because they are believed to be relatively unaltered remnants of the early solar system.
球粒陨石是一种石陨石，被认为是太阳系早期相对未变的残余物，因此对测定太阳系年代特别有用。

FAQ 10: If the Earth is 4.54 Billion Years Old, When Did Life First Appear?

问题 10：如果地球有 45.4 亿年的历史，生命最早是何时出现的？

The earliest evidence of life on Earth dates back to approximately 3.5 billion years ago, based on microfossils and isotopic signatures in ancient rocks. This suggests that life emerged relatively soon after the Earth’s formation.
基于古代岩石中的微化石和同位素特征，地球上最早的生命证据可追溯至约 35 亿年前。这表明生命在地球形成后相对较短的时间内就出现了。

FAQ 11: Are There Alternative Theories About the Age of the Earth?

问题 11：关于地球年龄是否存在其他理论？

While the scientific consensus is that the Earth is approximately 4.54 billion years old, some alternative viewpoints exist, often based on religious interpretations. However, these viewpoints are generally not supported by scientific evidence and do not hold up to rigorous scrutiny.
尽管科学界的共识是地球年龄约为 45.4 亿年，但也存在一些其他观点，这些观点往往基于宗教解读。然而，这些观点通常缺乏科学证据支持，经不起严格推敲。

FAQ 12: Will Our Understanding of Earth’s Age Ever Change?

问题 12：我们对地球年龄的认知会改变吗？

While the current estimate of Earth’s age is well-established, scientific understanding is always evolving. Future research may refine the precision of the age estimate or uncover new evidence that sheds light on the early history of the Earth. However, it is unlikely that the fundamental conclusion – that the Earth is billions of years old – will change. The wealth of evidence from radiometric dating, meteorites, lunar samples, and zircon crystals provides a robust and consistent picture of our planet’s ancient past.
虽然目前对地球年龄的估算已得到充分确立，但科学认知始终在不断发展。未来的研究可能会提高年龄估算的精度，或发现新证据以揭示地球的早期历史。然而，地球已有数十亿年历史这一基本结论不太可能改变。来自放射性测年法、陨石、月球样本和锆石晶体的大量证据，共同描绘了地球古老历史的可靠且一致的图景。

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他花了 7 年躲在实验室，推翻了全世界的认知

原创 老雾 雾满拦江 2025 年 11 月 10 日 12:12 北京

文 | 雾满拦江

一、认知的三种层次

常有人提及“提升认知”这一概念。

何为“提升认知”？

面对这个问题，往往存在三种截然不同的答案，分别对应聪明人、普通人与认知狭隘者的思维模式：

聪明人的答案是：终于知道自己错在哪儿了。

普通人的答案是：不知道，不明白，求解释（即便详尽阐释，他们仍难以理解——若能理解，便不再是普通人的认知层面）。

认知狭隘者的答案是：“我早已知晓自己才是正确的。”

这三种不同的回答，背后蕴含着怎样的认知逻辑？

二、地球年龄之谜的开端

自人类诞生以来，多数人都在懵懂中安然度日。直到有一天，有人提出了一个前所未有的问题：“我们居住的地球，已存在多少年？”

这个问题让所有人茫然无措——从未有人思考过此类问题，更不知该如何解答。答案的缺失，让人们首次感受到自身认知的局限。

于是，人类中最具智慧的群体开始着手探寻答案。当时站在人类智慧顶峰的，是詹姆斯·厄谢尔（James Ussher）。

作为当时爱尔兰天主教会的大主教，他被认为是全球智力顶尖的学者。

听闻地球年龄的疑问后，厄谢尔陷入沉思：“地球的年龄测算，或许可从《圣经》中寻找线索。将经文中的时间线逐一梳理累加，便能得出结论。”

经过缜密的推算，这位被寄予厚望的智者得出结论：

地球的诞生之日，介于公元前 4004 年 10 月 21 日至 26 日之间。

厄谢尔将这一“重大科研成果”郑重写入《世界编年史》。消息传开，人类欣喜若狂，奔走相告：“厄谢尔大主教测算出了，我们居住的地球已存在 4004 年。”

这一事件发生于公元 1654 年，据此推算，当时的地球被认定为已有 5658 年历史。

1654 年的中国，正值满清入关初期，顺治帝在位，清廷正推行“剃发易服”政策；而遥远的爱尔兰，一位大主教已完成了地球年龄的“科学测算”。这种认知层面的差距，令人唏嘘。

三、布封的挑战与困境

时光荏苒，95 年转瞬即逝。在此期间，人类对地球寿命的认知，始终以厄谢尔的数据为权威标准——地球年龄固定为 5658 年，不容置疑。

直到法国博物学家布封的出现，打破了这一认知僵局。布封在两百多年前撰写的《马》《松鼠》等文章，因生动有趣、文笔精妙，至今仍入选小学课本。

作为博物学家，布封涉猎广泛却难称专精，但正是这种多元的知识积累，让他敏锐地察觉到厄谢尔的数据存在明显漏洞——他长期接触各类化石，这些化石的年代特征，看上去远不止一万年，与厄谢尔提出的“地球仅 5658 年历史”（至布封时代，按该理论推算地球已存在 5753 年）形成尖锐矛盾。

带着这份质疑，布封重新开启了地球年龄的测算。他提出了一个全新的思路：将早期地球视为一颗巨大的火球，通过计算火球冷却至适宜人类居住状态所需的时间，反向推导地球年龄。

最终测算结果显示，这一时间约为 75000 年。

这一结论震惊了当时的欧洲，但也引发了法国民众的强烈抨击：“胡说八道、信口雌黄！布封简直是民族的败类！厄谢尔大主教的测算以《圣经》为依据，你竟敢违背经典，怎可能得出正确结论？”

在巨大的舆论压力下，布封曾被迫公开认错：“我有罪，我的测算存在谬误。我不该脱离《圣经》的指引，今后必将改正。” 但他内心始终坚定——地球寿命绝非 5753 年，75000 年的结论才更接近真相。

原本妥协的布封，在发现法国王室对其演算逻辑表示支持后，立即改变态度，公开与质疑者争辩，坚持自己的学术观点。

四、卢瑟福的谨慎

布封晚年因“拒不妥协”的态度，名声受到一定影响。尽管如此，厄谢尔“地球诞生于公元前 4004 年”的理论，已无人再奉为圭臬；而布封的 75000 年之说，也因争议过大，鲜有人敢公开引用——学者们都忌惮被贴上“违背传统”的标签。

地球年龄的谜题，再次陷入停滞，直到 1871 年（晚清慈禧太后执政时期），英国科学家卢瑟福的出现，为研究带来了新的突破。

卢瑟福所处的时代，人类已发现部分元素具有放射性特征——以铀元素为例，它会自发释放射线，最终衰变为铅元素。这一发现让卢瑟福灵光一闪：“放射性元素的衰变周期固定，不正是大自然的‘天然时钟’吗？”

借助这一特性，卢瑟福初步测算出地球寿命约为 5 亿年。

这一数字较此前的结论有了质的飞跃，正当众人准备传播这一“重大发现”时，卢瑟福却及时制止：“请稍等。5 亿年仅是初步测算结果，必然存在偏差。待寻得专业的测量人才，进行系统测算后，再公布确切结论。”

五、克莱尔的七年研究

自卢瑟福提出谨慎态度后，科学界便心照不宣地搁置了地球寿命的测算议题——在没有更精准的方法前，任何结论都可能沦为争议的焦点。

这一搁置，便是 75 年。1946 年，中国抗日战争已取得胜利，解放战争正式拉开序幕；而在美国，科学家克莱尔·彼得森，正开启一段改变人类认知的研究。

1946 年，克莱尔在亚利桑那州迪亚波罗大峡谷发现了一块特殊的陨石。他带着这块陨石，一头扎进了一间封闭的实验室，这一待，便是整整七年。

1953 年，中国已建国四年，抗美援朝战争也已结束。这一年，克莱尔终于走出实验室，向世界公布了他的研究成果：“经系统测算，地球的寿命为 45.5 亿年，误差范围在 ±7000 万年以内。这是我七年来的计算公式、样本数据及模型，欢迎质疑与验证。”

消息公布后，全球科学家蜂拥而至，以严苛的标准对克莱尔的研究进行全面核查。经过反复验证，所有科学家最终都认可了这一结论——克莱尔的测算逻辑严谨、数据可靠。

至此，人类对地球年龄的认知终于更新：它既不是厄谢尔所说的公元前 4004 年诞生，也不是布封测算的 75000 年，更不是卢瑟福的初步结论 5 亿年，而是克莱尔证实的 45.5 亿年。

从 1654 年厄谢尔提出首个结论，到 1953 年克莱尔得出权威答案，人类用了整整 300 年，才逐步接近这一科学真相，实属不易。

六、对认知的深度思考

此时我们不禁要问：克莱尔 1953 年提出的 45.5 亿年结论，是否会在 300 年后被再度推翻？要解答这个问题，我们需先厘清三个认知议题。

1. 布封的困境与表达方式：为何布封公布数据后，会遭到猛烈抨击？

我们不能将布封归为“认知狭隘者”，他实则是突破传统的先驱。但他若能洞悉人类认知的局限性，或许会换一种表达方式：“假设早期地球是一颗与现有体积相当的火球，其冷却至宜居状态的时间约为 75000 年。这一数据并非地球的确切年龄，而是提供了一种新的测算思路——我们或许能通过此类方法，获得比厄谢尔更精准的结论。”

若如此表述，布封或许会成为更成熟的思想传播者。这恰是政客的说话艺术——从不会把话说得绝对。因为他们深知，人类社会与认知环境始终在变，“今是而昨非”是常态：昨天被奉为圭臬的结论，今天可能已显片面；昨天若不说满，可能被视为立场模糊；但昨天说得越绝对，今天越容易被翻旧账。所以政客与卢瑟福一样，始终为自己的表述留有余地，这并非圆滑，而是对认知动态性的尊重。…

2. 卢瑟福的谨慎与认知局限：为何卢瑟福测出 5 亿年，却不愿将该数据公之于众？

因为卢瑟福是真正的智者——他深知人类认知存在天然局限。

人类的认知可以不断接近真理，但永远无法抵达绝对真理。

卢瑟福清楚，人类对地球寿命的认知是一个循序渐进的过程：厄谢尔时代，并非他能力不足，而是当时人类的认知极限仅能支撑其推算到公元前 4004 年；到了自己所处的时代，受技术与方法所限，5 亿年已是认知所能触及的边界——但这个边界，绝非真理本身。

既然认知始终处于“相对正确、绝对局限”的状态，若贸然公布初步数据，日后被更精准的结论推翻时，难免招致非议。这种对认知边界的敬畏，正是智者的标志。

3. 对地球寿命结论的理性看待：地球的寿命，真的是 45.5 亿年吗？

诸如“地球寿命 45.5 亿年”“宇宙年龄 138 亿年”这类数据，我们应理性看待——既不能完全不信，也不能盲目笃信。

“不能不信”，是因为这类结论都有严谨的支撑依据：厄谢尔以当时最权威的《圣经》为凭，普通人即便存疑也无力辩驳；如今的科学家则以深奥的科学理论为支撑，非专业人士同样难以提出有力质疑。

“不能全信”，是因为认知的迭代从未停止。300 年后回望，厄谢尔的《圣经》依据已显得荒诞；谁又能保证，300 年或 500 年后，如今的科学依据不会面临同样的审视？

这便是认知提升的关键：当你意识到自己的观点最多只是“相对正确”时，便会始终保持怀疑精神——不再执着于证明自己的正确，而是主动为认知寻找边界。此时的你，才算真正踏入睿智的殿堂。

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via：

• How Do We Know How Old the Earth Is? - The Institute for Environmental Research and Education
  https://iere.org/how-do-we-know-how-old-the-earth-is/

• 他花了 7 年躲在实验室，推翻了全世界的认知
  https://mp.weixin.qq.com/s/CH7JZjhe8vcyavDyvwLHaw