第四章 安静与缓慢的时间

如果说，“历史否认者”怀疑进化事实，是由于对生物学的无知，那么，认为世界开始于1万年之内的那些人，则比无知更加糟糕——他们自欺欺人到了有悖常理的程度。他们不仅仅否认了生物学的事实，还否认了物理、地理、宇宙、考古、历史以及化学等诸多方面的事实。本章将阐明我们是如何知道岩石及其所含化石的年龄的。它展示的证据表明，在地球上活动的生物，其时间尺度不是用数千年来衡量的，而是用数十亿年来计量的。

要记住，进化科学家处在一位大侦探的位置——罪案发生后，大侦探才来到犯罪现场。为了确定事件发生的时间，我们要寻找时变过程（time-dependent processes）留下来的线索——也就是广义上的“钟表”。在调查一件谋杀案时，侦探需要做的第一件事，就是询问一位医生或病理学家，以估计死亡时间。依据这个死亡时间的信息，可以推测出许多东西，而在侦探小说中，病理学家的估计被赋予了近乎神秘的崇敬。“死亡时间”是一个基准性事实，是一个不会错的中心点，围绕这个点，侦探反复考虑多少有几分牵强的推测。当然，这种估计也可能有错；这种错可能是略有偏差，也有可能错得很严重。病理学家使用各种各样的时变过程来估计死亡时间：尸体以特定的速率变冷、死后的特定时间会发生僵直反应等等。对于谋杀案的侦探来说，这些都是可使用的相当“粗略”的“时钟”。进化科学家可使用的“时钟”，则可能更精确。（当然，这是相对于所涉及的时间尺度来说的，并不能准确到最接近的小时数！）如果把这两种情况比作“精确的时钟”，那么地质学家掌握的侏罗纪岩石时钟，在精确性和说服力方面要胜过病理学家掌握的尸体变冷的时间过程。

按照进化的标准，人造时钟运行的时间尺度（时、分、秒）是非常短暂的，人造时钟所依赖的时变过程非常快：钟摆的摆动、游丝的转动、晶体的振荡、蜡烛的燃烧、水槽或沙漏的排空、地球的自转（通过日晷显示）。所有的钟表，都利用了某些以固定且已知的速率发生的过程。钟摆以常速摆动，这个速度由它的长度所决定，而不是由摆动的振幅或吊挂物的质量决定（至少理论上是如此）。落地式大摆钟的工作方式是让钟摆连着司行轮，司行轮一步一步地推动齿轮前进；然后，这种转动变挡，以适当的转速来驱动时针、分针和秒针。使用游丝轮的手表，其工作原理与钟表相似。电子表则利用一个类似于钟摆的电子替代物——电池供应能量使某些晶体产生振荡。相比而言，水钟和蜡烛钟很不准确，但是在“计事钟”（event-counting clocks）发明之前，它们还是很有用的。它们不依赖于对任何事物的计数，不像钟摆钟表或电子表那样，而是仅仅测量某一个量。日晷计时是不准确的。但是，日晷计时所依赖的地球自转，对于我们称为“日历”的这个“慢速钟表”的尺度来说，则是准确的。这是因为，在这种时间尺度上，钟表（即我们的日历）已经不再是一个测量钟（计数不断变化的太阳高度角的日晷），而是一个计数钟了（计数日/夜的循环数）。

在漫长而缓慢的进化时间轴上，自然界存在的计数钟和测量钟，都可供我们使用。但是为了研究进化，我们不需要像日晷或手表那样的“时钟”来告诉我们目前的时间。我们需要的，是一只可以“清零”的码表。我们需要一只曾在过去的某时刻被清零的“进化时钟”，以便于我们计算从这一刻开始所经过的时间段，从而向我们提供某一物体（如一块岩石）的绝对年龄。在熔化的岩浆固化形成火山岩之际，“放射钟”被清零了，可以很方便地用于确定某些火成岩（火山岩）的年代。

幸运的是，自然界有多种可清零的“自然时钟”可供我们利用。这种多样性是一件好事，因为我们可以利用一些时钟来检查“另一些时钟”的准确性。甚至更为幸运的是，时钟们灵敏地覆盖了范围极其广泛的时间尺度，这正是我们所需要的，因为进化的时间尺度跨越了七八个数量级。有必要说明一下这其中的意义：数量级意味着某种精度。一个数量级的改变就是乘以（或除以）10的变化量，因为我们使用的是十进制，所以，一个数字的数量级就是在小数点前面或者后面的0的个数。例如8个数量级构成了“1亿”。钟表秒针的速度是分针的60倍，是时针的720倍，所以这3个指针覆盖的数量级小于3个。和跨越8个数量级的所有“地质时钟”相比，我们的时钟是微不足道的。短时段的“放射性衰变时钟”也是存在的，甚至可以精确到几分之一秒。但是研究进化的时候，精确到“百年”或者“十年”的时钟，就大约是我们需要的最快的时钟了。在这类自然“时钟”的范围内，快的一端（树木年轮和碳测定年代）用于考古的目的是很实用的，也可用于测定狗或白菜的驯化时间这类事件所涉及的样品。在另一端，我们需要可以测量数亿年，甚至数十亿年的“自然时钟”。谢天谢地，大自然为我们提供了一系列我们所需要的“时钟”。更棒的是，它们的灵敏度范围部分地互相重叠，所以我们可以利用它们进行互相校正。

树的年轮

树木年轮这种“时钟”，能够以惊人的准确度追溯一块木头（如都铎王朝古建筑中的一根横梁）的年龄，事实上，它几乎可以精确到年。其计时原理如下：首先，正如大多数人所知，在假定最外圈代表“现在”的情况下，你可以通过数出树干中的圈，算出刚被砍倒的一棵树的年龄。那些圈表明了树在一年的不同季节不同的生长情况——夏天或冬天、旱季或雨季；在高纬度的地方，这种表现更是特别显著，这是因为高纬度地区四季特别分明。幸好，你不必为了测定树龄而真的去砍倒一棵树。我们通过向树心钻孔并取出木芯样品，就可以“管窥”它的年轮，而无需砍倒它。但是，仅仅通过数年轮并不会告诉你，房梁到底存活于哪一个世纪，或维京海盗的长船桅杆的生长年份。如果你真想确定一块已死亡很久的老木头的精确生长日期，你需要更精明一点——不仅要数年轮，还要观察那些宽窄不一的年轮的形状。

这些年轮的存在显示了富足生长或贫乏生长的季节循环，同样，一些年份也会好于另一些年份，因为每一年的天气都不相同：干旱阻碍生长，丰年加速生长；有冷年，有热年，甚至有些年份会发生反常的厄尔尼诺现象或喀拉喀托火山浩劫。就树木来说，丰年生的年轮会宽于荒年生的年轮。在任何一个地区，由丰年和荒年造成了特殊的标志性序列——宽宽窄窄的年轮模式，足以像指纹一样，表征年轮生长的确切年份，可以把树木彼此区别开。

树木年代学家计算近代树木的年轮，每圈年轮的确切时间都可以通过这棵树已知的被砍伐的时间数回去，从这些度量中，他们建立了一个年轮模式的参照系列，你可以用这个参照系列，比对你想知道的考古学家提供的木头样本的年轮，从而追溯木头样本的时间。所以，你可能会得到这样的报告：这根都铎王朝古建筑的梁木有一系列典型的年轮标记，可以匹配年轮参照系中的某一个系列，我们已知这个参照系列年份大约在公元1541—1547年间，因此，这幢房子应该是建于公元1547年之后。

好倒是好，但是，都铎王朝时期的树木很少有存活至今的，遑论石器时代或更早时代的树木。有些树，如狐尾松（bristlecone pine）和一些巨型红杉，能活几千年；但大部分树在还没有活过百年的时候，就被砍掉用作木材了。那么，我们要怎么做，才能建立一个更古老的树木年轮参照系呢？我猜你已经知道答案了——这就是重叠追溯法。一根牢固的绳子可能长约100码（1码=3英尺），然而其中的单缕纤维还达不到绳子全长的十分之几；为了在树木年代学中使用重叠原则，要使用年代已知的现代树的纹路形状作参照。你从现代树的老年轮中分辨出一个纹路，再从死去较久的树的晚近年轮中寻找出相同的纹路，然后你在这些死去较久的树中寻找纹路，再从甚至更老的树的晚近年轮中寻找相同的纹路，依此类推。理论上，对于上百万年前的石化森林，你可以采用“菊花链（daisychain）方式”追溯回去。而树木年代学更让人诧异的是，至少在理论上，你可以精确到最接近的年份，哪怕是对于1亿年前的石化森林。你可以直接地说出，这块侏罗纪化石树木的这圈年轮，形状恰恰符合比它晚257年的另一棵侏罗纪树木的某一圈年轮，形状是一样的！只要有足够的石化森林，能以“菊花链方式”持续地从现在追溯回去，你就可以不仅说出这棵树存活在晚侏罗世，而且说出它存活的确切时间是公元前151432657年！（图10）不幸的是，我们并没有这样一个完整无缺的链条，实际上，树木年代学只能把我们带回到11500年前。无论如何，这仍是一个令人兴奋的想法——只要我们能发现足够多的石化森林，在数千万年的跨度中，我们确实可以追溯到最接近的年份。

树木的年轮并不是承诺可以完全达到“最接近的年份”这种精度的唯一的系统。“纹泥”（varves）是冰川湖沉淀下来的沉积物层，它们像年轮一样，也会年复一年地随季节而变化，因此，理论上，同样的原理也适用于纹泥，相应地也有同等的精确度。珊瑚礁像树木一样，也有年度生长轮，有趣的是，这些可以用于侦测古代地震的日期。顺便说一下，树木年轮也能告诉我们地震的日期。可以为我们所用的大多数溯年系统（包括在数千万年、数亿年和数十亿年范围使用的所有“放射性时钟”），其精确度的误差范围是大致和相关的时间尺度成比例的。