《用放射性碳含量測定年代:以已知年代的樣品檢驗》
生時從空氣攝入碳-14,一死即止;它的衰變數出逝去的年頭。
每一個活物,都以同一種方式微微帶有放射性——而它一死,那一縷微光便開始極其緩慢地黯淡下去。讀出它黯淡了多少,你就讀出了它在多久以前死去。
核心想法
在高空,宇宙射線不斷把尋常的氮變成一種稀有的放射性碳,叫作碳-14。它飄落下來,以二氧化碳的形式混入空氣,每一株植物都把它吸進去——吃植物的每一隻動物,也隨之攝入。所以你活著的時候,體內保有一份固定而微小的碳-14,並從空氣中不斷補足。
一旦某樣東西死去,補足便停止了。自那一刻起,它所含的碳-14 便以一種完全穩定、已知的速度緩緩衰變——每過 5730 年就少掉一半。量一量一根舊骨、一粒種子或一片碎布裡還剩多少,簡單的算術就能告訴你它在多久以前停止了生命。
拿我們早已定年的東西來驗證
光有聰明的想法還不夠;利比必須證明它給出的是正確答案。於是他與詹姆斯·阿諾德蒐集了一批年代早有別的依據可考的物件——歷史學家已為其在位年代定年的埃及法老陵中的木料,以及可以一圈一圈數出年歲的樹幹。他們測出每件樣品裡的碳-14,預測其年齡,再把預測對照已知的真相畫成圖。這些點排成了一線。譬如,法老佐塞爾陵中木料的放射性碳年齡,正好落在「約 4600 歲的木頭」該在的地方。那張圖——「已知曲線」——便是證據;1960 年,利比因此獲得諾貝爾化學獎。
它為何重要
在此之前,人類的遠古幾乎全無確切年代。考古學家能說某一層比另一層更老,卻說不出老多少,更說不出究竟是哪一年。放射性碳一夜之間改變了這一切。忽然之間,一座遠古村落裡一粒燒焦的穀子、一幅洞穴壁畫上一片木炭、一具裹屍布上的一根線,都能被釘到某一個年份上——在地球的任何角落,用的都是同一座通用的鐘。它改寫了農業、遷徙與文明的時間線,至今仍是考古學中使用最廣的定年方法。
一個可以想像的畫面
想像一棵樹被砍下的那天,它的木頭被交予一堆發光的餘燼,從此再無人添柴,而每過 5730 年,恰好有一半餘燼熄滅。很久以後你走進屋子,數一數仍在發光的餘燼:滿滿一堆,說明它剛被砍下;剩一半,約是 5730 年;剩四分之一,便是那的兩倍。那些餘燼就是碳-14,而數它們的光,正是放射性碳實驗室所做的事。
它的位置
放射性碳定年,脫胎於居里(1898)與盧瑟福(1911)所發現的放射性,是一大家子「原子鐘」中的一支。它的表親——鉛同位素定年——讓帕特森(1956)以數十億年為單位稱出了整顆地球的年齡;放射性碳則工作在世紀與千年這一人類的尺度上。兩者攜手,終於為赫頓(1788)與萊伊爾(1830)只能論證其必然存在的那段深遠時間,填上了真實的數字。