眾所周知，空氣的主要成分是氮?dú)夂脱鯕�。在宇宙射線(xiàn)的作用下，組成氮?dú)獾牡拥脑雍藭?huì)由原來(lái)的七個(gè)質(zhì)子變成了六個(gè)，形成一種分子量是十四的碳同位素——碳-14。碳-14以一定的衰變速率釋放出電子和能量后衰變成普通的氮。碳-14產(chǎn)生的速率與衰變的速率極為接近，所以，直到近代，地球上碳-14的含量一直沒(méi)有太大改變。在大氣層高空形成的碳-14原子不可能單獨(dú)存在很久，很快就會(huì)氧化成二氧化碳。這些二氧化碳在光合作用中被植物吸收，碳-14就成為植物的一部分。而動(dòng)物與人類(lèi)皆會(huì)因以植物為食而無(wú)可避免地間接吸入碳-14。
生物活著的時(shí)候會(huì)借著呼吸作用與自然界不斷作碳之交換，體內(nèi)的碳-14濃度與大氣中保持一致，當(dāng)生物死亡停止與外界碳之交換后，生物遺骸就成一封閉系統(tǒng)。隨著時(shí)間的增加，遺骸中的碳-14就只能按照其固有的衰變速率逐漸減少，而碳-12的含量保持不變。因此只要測(cè)定其碳-14與碳-12的含量比例，按碳-14的放射性衰變公式進(jìn)行計(jì)算，就能知道這個(gè)生物是什么時(shí)候死的。
根據(jù)上述原理，美國(guó)科學(xué)家W.F。利比于1949年成功創(chuàng)建了碳-14測(cè)年的常規(guī)方法，并因此榮獲1960年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。如今，碳-14常規(guī)測(cè)年法被考古學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家所接受，成為確定舊石器晚期以來(lái)人類(lèi)歷史年代的有力工具。
但這項(xiàng)技術(shù)也有不足之處。其一是精度不夠，且年代越遠(yuǎn)誤差越大，有時(shí)竟達(dá)到幾百年。于是科學(xué)家們又發(fā)明了木輪年代校正曲線(xiàn)，這兩者結(jié)合可將誤差縮小到幾年甚至一兩年。其二，碳-14需要的樣品量比較大，但并不是所有遺址都能提供如此多的樣品量。隨著核物理學(xué)的發(fā)展，一種新的測(cè)定碳-14的方法面世了——加速儀質(zhì)譜學(xué)進(jìn)行碳-14分析(AMS)。AMS具備常規(guī)法的一切優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又有許多優(yōu)勢(shì)：AMS的靈敏度與精度比常規(guī)法要好得多，此外AMS所需的標(biāo)本量極少，只需幾毫克，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損傷檢測(cè)。
那么是否能用碳-14來(lái)確定一切古物的年代呢？答案是否定的。碳-14能測(cè)定的樣品只能是曾從大氣中獲取碳-14的有機(jī)物質(zhì)，如木炭、木材、骨骼、紙張、皮革等。且碳-14測(cè)年法也只能準(zhǔn)確測(cè)出五六萬(wàn)年以?xún)?nèi)的古物；對(duì)于年代更久遠(yuǎn)的古物，是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定出來(lái)的。
(作者：尹承龍 單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系)
來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)
