How old is the Earth?

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According to current knowledge, the earth is about four and a half billion years old. It is interesting, however, that the alternative unbiased tests have at least delivered significantly smaller numbers. For example, Lord Kelvin calculated 24 to 400 million years and Darwin's estimate in the context of his theory of evolution was 300 million years. The calculations by lesser-known researchers provided the numbers between 20 and 100 million years.

But radioactive age determination reached four and a half billion years. This jump looks huge, so, almost unnatural. Despite widespread opinion, radioactive decay is prone to failure. Apart from impure samples and other known problems, quantum mechanical effects cause trouble. This was clearly shown by an experiment in Darmstadt.

The decay of rhenium into osmium by beta decay serves as a universal cosmic clock. But here the half-life of 42 billion years applies, as long as it is neutral rhenium atoms. During the development of the stars, the rhenium atoms are partially or fully ionized, which should theoretically accelerate the decay process. The reason: for the negatively charged beta particle (that is an electron) it would be easier to leave the atomic nucleus if it did not need to completely overcome the area of attraction of the positively charged atomic nucleus, but only to get to the first free electron shell.

The result of the experiment in Darmstadt brought an astonishing result: the half-life of rhenium dropped to 33 years, more than a billion times!

And Alfa decay has a quantum mechanical weak point: the higher the energy of the Alfa particles, the smaller the potential barrier that has to be overcome. According to the Geiger-Nuttall law, doubling the energy of the Alfa particle leads to a reduction in the decay time by 24 orders of magnitude, or in a trillion trillion times!

Earth and space can actually be much younger than is thought today. And it's not about small corrections, it can certainly be the large orders.

In this regard, another method of age determination is interesting. It is about the winding strength of the arms from the spiral galaxies, like that from our galaxy.

A plausible explanation for the spiral structure of these galaxies is the natural winding of the spiral arms. Having the same speed, the stars travel the same distance for the same time. The stars that are closer to the center will rotate by a larger angle. This creates a spiral structure by itself.

How long the galaxy had wound up can be calculated if you know the inclination of the spiral arms. With this data we get the time of 187 million years for the Milky Way.

Now we remember the calculations made by 19th century scientists.

As the rhenium experiment in Darmstadt showed, radioactive dating has a serious quantum mechanical problem that fundamentally questions the reliability of this method. Therefore it makes sense to look for alternatives.

 Wie alt ist die Erde?

Nach heutigem Wissensstand ist die Erde etwa 4.5 Milliarden Jahre alt.

Wo kommt diese Zahl her?

Von radioaktiver Datierung. Interessant ist es aber, dass die alternativen unvoreingenommenen Versuche, das Erdalter zu bestimmen, wenigstens um eine ganze Großordnung kleinere Zahlen geliefert haben.

1774 untersuchte Buffon die Geschwindigkeit der Abkühlung von den Eisenkugeln verschiedener Größe. Er ging davon aus, dass die Erde zuerst geschmolzen war. Er wollte also mit seinen Versuchen raus finden, wie lange es gedauert hätte, bis sich die Erde abkühlte.

Lord Kelvin entwickelte Buffons Idee weiter und gelang zum Erdalter zwischen 24 und 400 Millionen Jahren.

Ferner lautete Darwins Abschätzung in Rahmen seiner Evolutionstheorie: 300 Millionen Jahre.

Die Berechnungen von weniger bekannten Forschern, die die anderen physischen oder geologischen Prozesse in Betracht zogen, lieferten die Zahlen zwischen 20 und 100 Millionen Jahren.

Und radioaktive Altersbestimmung brachte es auf heutige 4.5 Milliarde Jahre?

Genau! Dieser Sprung sieht aber gewaltig aus, also, fast unnatürlich.

Trotz verbreiterter Meinung ist radioaktiver Zerfall störanfällig. Abgesehen von unreinen Proben und übrigen bekannten Problemen, sorgen quantenmechanische Effekte für Ärger. Dies zeigte deutlich ein Experiment in Darmstadt.

Der Zerfall von Rhenium in Osmium durch Beta-Zerfall dient als universelle kosmische Uhr. Doch hier gilt die Halbwertszeit von 42 Milliarden Jahren, solange es sich um neutrale Rhenium-Atome handelt. Während der Entwicklung der Sterne werden die Rhenium-Atome teilweise oder vollständig ionisiert, was theoretisch den Zerfallsprozess beschleunigen sollte. Der Grund: Für das negativ geladenen Beta-Teilchen (das heißt Elektron) wäre leichter den Atomkern zu verlassen, wenn es nicht bräuchte, das Anziehungsgebiet des positiv geladenen Atomkerns vollständig zu überwinden, sondern nur bis zur erst besten freien Elektronenhülle zu schaffen.

Das Resultat des Experimentes in Darmstadt brachte ein verblüffendes Resultat – Halbwertszeit von Rhenium fiel bei vollständiger Ionisation bis auf 33 Jahre ab, also mehr als in eine Milliarde Mal!

Haben andere Zerfall-Arten, zum Beispiel Alfa-Zerfall, auch ähnliche schwache Stellen?

Und Alfa-Zerfall hat eine quantenmechanische schwache Stelle: Je höher ist die Energie der Alfa-Teilchen, desto kleiner ist die Potenzialbarriere, die zu überwinden gilt. Laut dem Geiger-Nuttall-Gesetz führt die Verdoppelung der Energie des Alfa-Teilchens zur Verkürzung der Zerfallszeit um 24 Größenordnungen, also in eine Trillion Trillionen Mal!

Gibt es deshalb keine hundertprozentige Sicherheit für radioaktive Datierung?

Erde und Weltall können in Wirklichkeit viel junger sein, als es heute angenommen wird. Und es geht nicht um kleine Korrekturen, durchaus können es die Großordnungen sein.

In dieser Hinsicht ist noch eine Methode zur Altersbestimmung interessant. Es geht um die Aufwicklungsstärke der Arme von den Spiralgalaxien, wie die von unserer Galaxis.

Plausible Erklärung für die Spiralstruktur dieser Galaxien ist das natürliche Aufwickeln der Spiralarmen. Gleiche Geschwindigkeit besitzend, laufen die Sterne für gleiche Zeitspanne gleichlange Strecken durch. Dabei werden sich die Sternen, die sich näher zum Zentrum befinden, um einen größeren Winkel drehen. Auf diese Weise entsteht von selbst eine Spiralstruktur.

Wie lange sich die Galaxie aufgewickelt hatte, kann berechnet werden, wenn man die Neigung der Spiralarme kennt. Das Sonnensystem befindet sich im Abstand von ca. 8 kpc vom Zentrum der Milchstraße, ist 220 km/s schnell, die Neigung des Spiralarmes im Gebiet des Sonnensystems beträgt 12°. Mit diesen Daten bekommen wir die Zeitspanne von 187 Millionen Jahren.

So wenig?

Oder genau richtig, wenn wir uns an noch unvoreingenommene Berechnungen von den Wissenschaftlern des 19. Jahrhunderts erinnern.

Wie es das Rhenium-Experiment im Darmstadt zeigte, hat radioaktive Datierung ein gravierendes quantenmechanisches Problem, das die Zuverlässigkeit dieser Methode grundsätzlich in Frage stellt. Deshalb ist es sinnvoll, nach Alternativen Ausschau zu halten.

Сколько лет Земле?

Согласно современным научным знаниям Земле около четырех с половиной миллиардов лет. Интересно однако что альтернативные оценки дали значительно меньшие числа. Например, лорд Кельвин рассчитал от 24 до 400 миллионов лет, а Дарвин в контексте своей теории эволюции исходил из 300 миллионов лет. Расчеты менее известных исследователей дали цифры от 20 до 100 миллионов лет.

Использование же радиоактивного метода датирования увеличило возраст Земли до четырех с половиной миллиардов лет. Этот прыжок выглядит огромным, почти неестественным. Несмотря на распространенное мнение радиоактивный распад не устойчив к помехам. Помимо нечистых образцов и других известных проблем, проблемой являются сами квантово-механические эффекты. Это было ясно показано экспериментом в Дармштадте.

Распад рения в осмий через бета-распад служит универсальными космическими часами. Но период полураспада в 42 миллиарда лет верен, если дело идёт о нейтральных атомах рения. В процессе развития звезд атомы рения частично или полностью ионизируются, что теоретически должно ускорить процесс распада. Для бета-частицы то есть электрона было бы легче покинуть атомное ядро, если бы ему не нужно было полностью преодолевать зону притяжения положительно заряженного атомного ядра, а только добраться до первой свободной электронной оболочки.

Результат эксперимента в Дармштадте принес потрясающий результат: период полураспада рения снизился до 33 лет, то есть более чем в миллиард раз!

И альфа-распад имеет слабое место: чем выше энергия альфа-частиц, тем меньше потенциальный барьер, который необходимо им преодолеть. Согласно закону Гейгера-Наттолла удвоение энергии альфа-частицы приводит к сокращению времени распада на 24 порядка или в триллион триллионов раз!

Земля и космос могут оказаться намного моложе, чем думают сегодня. И речь идёт не о каких-то незначительных поправках, а о порядках.

В связи с этим интересен еще один метод определения возраста. Речь идет о степени закручивания руковов спиральных галактик, в том числе и у нашей галактики.

Обладая одинаковой скоростью, звезды преодолевают одинаковое расстояние за одно и то же время. Звезды, которые находятся ближе к центру, сместяться однако на больший угол. Таким образом сама по себе возникает спиральная структура.

Как долго галактика скручивалась, можно рассчитать, если знать наклон спиральных рукавов. Итак для Млечного Пути получим 187 миллионов лет.

Теперь вспомним расчеты, сделанные учеными XIX века.

Как показал эксперимент с рением в Дармштадте, у радиоактивного датирования есть серьезная кванто-механическая проблема, которая ставит под сомнение надежность этого метода. Поэтому имеет смысл искать альтернативы.