הקרב על גיל כדור הארץ

בסוף המאה ה-19 התפתח ויכוח מדעי סוער שהעמיד שני טיטאנים של המדע זה מול זה: ויליאם תומסון (Thomson), המוכר יותר בשם לורד קלווין (Kelvin) – פיזיקאי ומתמטיקאי בעל שם עולמי וצ'רלס דרווין אבי תורת האבולוציה. הויכוח עצמו נסב סביב שאלת גילו של כדור הארץ, והדגיש את המתחים בין  תחומים מדעיים,  את המחלוקות בין זרמים דתיים באירופה ואת האופי המתפתח של ההבנה המדעית. 

באירופה של טרום המאה ה-19, האמינו זמן רב שעולמנו היה צר כעולמה של ההיסטוריה הכתובה וכי גיל כדור הארץ הוא כ-6,000 שנים בלבד. מי שהעלה מחדש את שאלת גיל כדור הארץ על סדר היום המדעי היה הארכיבישוף האירי ג'יימס אשר (Ussher). בשנת 1650 פרסם אשר פירוש מילולי של ספר בראשית, ובו חישב את גיל כדור הארץ על בסיס שושלות האדם המתוארות בו. לפי חישובו העולם נברא בשנת 4004 לפני הספירה. הוא לא הסתפק ברמת הדיוק הזו, קבע כי הבריאה התרחשה ב-27 באוקטובר בשעה שש בערב. בדיוק. בעוד שבימינו קביעה שכזאת מעוררת גיחוך, קביעתו של אשר הייתה רחוקה מלהיות שיגיון של רגע, אלא התבססה על מחקר היסטורי מקיף למדי, עם הנחות מוצא שגויות. 

ההנחה הייתה שכדור הארץ התחיל כגוש לוהט, וחלקו החיצוני התקרר בהדרגה. השאלה הייתה איך מחשבים את קצב הקירור. המבנה הפנימי של כדור הארץ | איור: Maxx-Studio, Shutterstock

בהמשך ההיסטוריה היו מגוון מדענים שניסו להעריך את גיל כדור הארץ בדרכים שונות, יצירתיות מאד (ושגויות) – החל מהנחות על הקשר בין שינויי גובה פני הים לגילו, מדידת ריכוזי מינרלים באוקיינוסים, השוואת מאובנים ועוד. בתחילת המאה ה-19 הייתה קהילת חוקרים שהציעה, על פי ראיות גיאולוגיות, כי כדור הארץ עתיק בהרבה מכפי שנהוג לחשוב. הבולט מביניהם היה הגיאולוג צ'ארלס לייל (Lyell) שפרסם ב-1830 את ספרו "עקרונות הגיאולוגיה" ובו הציע כי כדור הארץ הוא בן כמה מיליוני שנים. לייל היה דמות מפתח בחייו של דרווין והשפיע עמוקות על חשיבתו. עקרונות האחידות של לייל, שהציעו כי המאפיינים הגיאולוגיים של כדור הארץ הם תוצאה של תהליכים מתמשכים ואיטיים לאורך תקופות זמן ארוכות מאוד עזרו לעצב את הבנתו של דרווין. 

בסוף המאה ה-19 הדיון סביב שאלת גיל כדור הארץ הסעיר ביתר שאת את הקהילה המדעית באירופה. בעין הסערה עמד הוויכוח בין לורד קלווין לדרווין. היום קשה למצוא אדם שלא מכיר את צ'ארלס דרווין, אבל בוויכוח ביניהם, ידו ללא ספק הייתה על התחתונה. לעיתים מתייחסים לוויכוח זה כאל סיפור "דוד וגוליית" – צ'ארלס דרווין והגיאולוגים חמושים בחרב הצנועה של החשיבה הגיאולוגית והאבולוציה, מול הלורד קלווין הנעזר במלוא הכוח והעוצמה של הפיזיקה המתמטית הנעלה.

המדען הצעיר והאלמוני שהפסיד בוויכוח לפיזיקאי המפורסם. צ'רלס דרווין,  רישום מלקסיקון גרמני מתחילת המאה ה-20 | מקור: Nicku, Shutterstock

מיליונים או מאות מיליונים? 

בשנת 1859 דרווין פרסם את המהדורה הראשונה של ספרו "מוצא המינים", שעורר סערה ארוכת שנים בקהילה המדעית, ואיים על התפיסה הבריאתנית הרווחת שגרסה כי מוצאם של המינים בבריאה אלוהית או בכמה מעשי בריאה כאלה. בשונה מהתאוריה האבולוציונית של ז'אן בטיסט למארק (Lamarck), שטען כי יש כח פנימי או "יד מכוונת" הדוחפת את כל היצורים לעבר מורכבות גבוהה יותר – הרעיונות של דרווין קבעו כי לא קיימת תוכנית קבועה מראש וגם אנחנו, בני האדם, קיימים כיד המקרה.

על פי התיאוריה של דרווין, של מוצא המינים בדרך של ברירה טבעית, תהליכי ההתפתחות של מינים חדשים הם איטיים מאוד, וצריכים לקחת זמן רב. כך שפועל יוצא של התיאוריה הוא שלפי דרווין כדור הארץ היה צריך להיות קדום .... מאוד. כמה קדום? דרווין מעולם לא הציג חישוב מדויק. למעשה, במהדורה הראשונה הוא פירסם חישוב חלקי של גיל הארץ בהתבסס על איזור מסוים באנגליה, אך הסיר אותו במהדורות הבאות עקב ביקורות שליליות.  לפי המגוון הביולוגי שדרווין תיאר וההבנה האבולוציונית שמדובר בתהליכי שינוי קטנים של מינים לאורך זמן רב, הוא העריך שמדובר על לכל הפחות כמה מאות מיליוני שנים.

כשלוש שנים מאוחר יותר, פרסם הלורד קלווין את חישובו לגיל כדור הארץ, שלא עלה בקנה אחד לא עם תורת האבולוציה ולא עם תאוריות גיאולוגיות. בגרסתו המאוחרת והמושחזת של החישוב העריך קלווין כי גיל כדור הארץ לא עולה על 10 מיליון שנה. היסטוריונים טוענים כי תאוריה זו של דרווין היא שדחפה את לורד קלווין לעבר מסקנה זו. קלווין, שהיה כל חייו נוצרי אדוק, הסכים לקבל את גירסתו של למארק לאבולוציה, וגם תיאוריות נוספות של אבולוציה תאיסטית, אך התקשה לקבל את תורתו של דרווין ואת המסקנה העולה ממנה כי גם אנחנו נוצרנו בתהליכים אקראיים, ולא במעשה בריאה מכוון. קלווין הבין שהקהילה המדעית של זמנו נוטה  לשלול  את התיאוריה של  דרווין בנימוק שכדור הארץ  לא קיים די זמן בשביל ברירה טבעית אקראית ואיטית. כך קלווין, שכבר היה בעל שם בינלאומי בקהילה המדעית, התגייס למאמץ זה.

חישוב שנבע ממוטיבציה דתית והניב מסקנה שגויה, אבל סייע להכניס שיטות מדעיות מודרניות למחקר הגיאולוגי. לורד קלווין, דיוקן שהופיע על שטר כסף סקוטי | מקור: Prachaya Roekdeethaweesab, Shutterstock

החישוב של קלווין

 לורד קלווין היה מתמטיקאי ופיזיקאי מבריק שהחל את לימודיו האקדמיים בגיל 10. כשהיה בן 16 כבר פירסם את עבודתו המדעית הראשונה ובגיל 22 היה מרצה באוניברסיטת גלאזגו. קלווין תרם תרומה חשובה בתחומי מדע רבים וכהוקרה על עבודתו קיבל ב-1892 תואר אצולה של לורד.

 לורד קלווין הושפע מחישובו של המדען הצרפתי ז'ורז' לואי לקלר דה בופון (de Buffon), שהניח כי כדור הארץ נוצר כתוצאה מהתגבשות של אבק בין כוכבי בהשפעת כוח הכבידה , וכי עולמנו היה בתחילת דרכו מסה לוהטת של ברזל. ב-1778 יצק דה בופון כדורי ברזל בגדלים שונים, חימם אותם עד לנקודת ההתכה ואז מדד כמה זמן לקח להם להתקרר. ממדידה זו הוא הסיק כמה זמן לקח לכדור בגודלו של כדור הארץ להתקרר לטמפרטורה הנוכחית, והגיע למסקנה שכדור הארץ קיים 75,000 שנה בלבד.  

ניסוי מקורי ומעניין, גם אם התוצאה היתה שגויה: הפרק על סיפורו של דה-בופון מתוך סדרת המדענים והממציאים מבית "היֹה היה":

קלווין המשיך את הרעיון של החישוב הזה, אך נעזר בתאוריה מתמטית מבוססת ובמדידות מהשטח. הוא הניח שכל תהליך הקירור מתרחש בהולכת החום ממרכז כדור הארץ לפני השטח, וכי כדור הארץ התחיל כגוף מותך לחלוטין. הוא נעזר בתאוריה של החום שניסח ז'אן בטיסט ז'וזף פורייה (Fourier) המקשרת, בין השאר, בין שינוי הטמפרטורה במשך הזמן  לבין שינוי הטמפרטורה במקום. במקרה של התקררות כוכב הלכת שלנו, הקישור הוא בין שינוי הטמפרטורה מהיווצרות הארץ עד ימינו, להבדלים בין  הטמפרטורות בנקודות שונות בעומק כדור הארץ.

תאוריה זו יכולה גם לחזות את העתיד: כשיש לנו את תנאי התחלה, כלומר את התפלגות הטמפרטורה בכדור הארץ בהווה, אפשר לחשב את התפלגות הטמפרטורות בעתיד. אפשר גם להקיש לאחור, ולחשב מה היה בעבר, כמו שקלווין ניסה לעשות.  כשאנו יודעים את ההתפלגות הטמפרטורה בהווה ואנחנו מניחים תנאי התחלה מסוימים, אפשר לחשב  כמה זמן נדרש לתהליך – כלומר  את גיל כדור הארץ. קלווין השיג נתונים על הטמפרטורה בעומקים שונים ממדידות במכרות ובקידוחים עמוקים, שם נצפה שהטמפרטורה אכן עולה עם העומק. על סמך הבנה כיצד הטמפרטורה משתנה עם העומק, קלווין הסיק את הקצב שבו התקרר פנים כדור הארץ וכך העריך שכדור הארץ הוא בן 40-10 מיליון שנה. הערכה שהוא עדכן מפעם לפעם. 

קלווין, בניגוד לדרווין, זכה לתמיכה רבה בקהילה המדעית, וכך "ניצח" את דארווין במערכה. התאוריה שלו בדבר גיל כדור הארץ, הייתה אלגנטית, מתמטית ועם טיעונים לוגיים מהוקצעים – אבל שגויה לחלוטין.

תיאוריה מתמטית משכנעת. כך חישב קלווין את גיל כדור הארץ - סרטון הסבר של רוברט הנלון (באנגלית):

 מה היה חסר בחישוב של קלווין?

קלווין הניח כי כל החום היוצא ממעבה כדור הארץ מגיע אל הקרום בעקבות הולכת חום. בפועל יש כמות בלתי זניחה של חום שמגיעה דרך הסעת חום. אבל הדבר העיקרי היה שקלווין חי לפני שגילו כי בעומק כדור הארץ יש מקור חום נוסף – דעיכה רדיואקטיבית, שהתגלתה רק בסוף המאה ה-19.

החישוב של קלווין אומנם היה שגוי, אך הוא תרם רבות להתפתחות הגיאולוגיה. השימוש שהוא עשה בתרמודינמיקה ובחישובים מתמטיים כדי להעריך את גיל כדור הארץ הדגיש את החשיבות של גישות כמותיות בגיאולוגיה, ועודד גיאולוגים לאמץ שיטות מתמטיות יותר.

כיום הקהילה המדעית תמימת דעים כי שאלת גיל כדור הארץ נפתרה וכי לפי תיארוכים רדיומטריים של סלעים שנוצרו על כדור הארץ מתחילת ההיסטוריה שלו ושל מטאוריטים אנו מעריכים כי כדור הארץ קיים כ-4.54 מיליארד שנים. די והותר זמן לקיום התהליכים האבולוציוניים שהפכו את הארץ לכוכב לכת שוקק חיים. 

תיארוכים רדיומטריים מאפשרים לחשב גיל של סלעים ומינרלים, ולקבוע את גיל כדור הארץ. מינרל זירקון בן מיליארדי שנים | צילום: Henri Koskinen, Shutterstock

סיכום

הוויכוח בין לורד קלווין לצ'ארלס דרווין מראה לנו כמה אומץ נדרש מדרווין כדי להתעקש על האמת  נוכח התנגדות אדירה בקהילה המדעית ובחברה כולה. אפילו אשתו של דרווין חששה מההשלכות וביקשה ממנו שלא לפרסם את התאוריה. הוא מלמד אותנו, שגדולתו של דרווין הייתה לא רק תוצאה של חשיבה חדה ושל עבודה קשה אלא גם של היכולת שלו להגמיש את החשיבה ולהביט בממצאים כפי שהם, גם אם הם סותרים את מערכת האמונות והערכים שאיתה גדל. 

מנגד, בעוד שאין עוררין על היושרה המדעית וגדולתו של קלווין, הסיפור מעלה שאלות לגבי האובייקטיביות של המדע והניתוק שלו מהשפעות תרבותיות. השאיפה של קלווין לחישוב גיל כדור הארץ נבעה בחלקה  מאמונותיו הדתיות. השזירה הזו של אמונה אישית וחקירה מדעית מדגישה את התפיסה שהמדע, אף שהוא שואף לאובייקטיביות, מושפע פעמים רבות מההקשר התרבותי הרחב יותר שבו הוא מתנהל.