《用放射性碳含量测定年代:以已知年代的样品检验》
生时从空气摄入碳-14,一死即止;它的衰变数出逝去的年头。
每一个活物,都以同一种方式微微带有放射性——而它一死,那一缕微光便开始极其缓慢地黯淡下去。读出它黯淡了多少,你就读出了它在多久以前死去。
核心想法
在高空,宇宙射线不断把寻常的氮变成一种稀有的放射性碳,叫作碳-14。它飘落下来,以二氧化碳的形式混入空气,每一株植物都把它吸进去——吃植物的每一只动物,也随之摄入。所以你活着的时候,体内保有一份固定而微小的碳-14,并从空气中不断补足。
一旦某样东西死去,补足便停止了。自那一刻起,它所含的碳-14 便以一种完全稳定、已知的速度缓缓衰变——每过 5730 年就少掉一半。量一量一根旧骨、一粒种子或一片碎布里还剩多少,简单的算术就能告诉你它在多久以前停止了生命。
拿我们早已定年的东西来验证
光有聪明的想法还不够;利比必须证明它给出的是正确答案。于是他与詹姆斯·阿诺德搜集了一批年代早有别的依据可考的物件——历史学家已为其在位年代定年的埃及法老陵中的木料,以及可以一圈一圈数出年岁的树干。他们测出每件样品里的碳-14,预测其年龄,再把预测对照已知的真相画成图。这些点排成了一线。譬如,法老佐塞尔陵中木料的放射性碳年龄,正好落在「约 4600 岁的木头」该在的地方。那张图——「已知曲线」——便是证据;1960 年,利比因此获得诺贝尔化学奖。
它为何重要
在此之前,人类的远古几乎全无确切年代。考古学家能说某一层比另一层更老,却说不出老多少,更说不出究竟是哪一年。放射性碳一夜之间改变了这一切。忽然之间,一座远古村落里一粒烧焦的谷子、一幅洞穴壁画上一片木炭、一具裹尸布上的一根线,都能被钉到某一个年份上——在地球的任何角落,用的都是同一座通用的钟。它改写了农业、迁徙与文明的时间线,至今仍是考古学中使用最广的定年方法。
一个可以想象的画面
想象一棵树被砍下的那天,它的木头被交予一堆发光的余烬,从此再无人添柴,而每过 5730 年,恰好有一半余烬熄灭。很久以后你走进屋子,数一数仍在发光的余烬:满满一堆,说明它刚被砍下;剩一半,约是 5730 年;剩四分之一,便是那的两倍。那些余烬就是碳-14,而数它们的光,正是放射性碳实验室所做的事。
它的位置
放射性碳定年,脱胎于居里(1898)与卢瑟福(1911)所发现的放射性,是一大家子「原子钟」中的一支。它的表亲——铅同位素定年——让帕特森(1956)以数十亿年为单位称出了整颗地球的年龄;放射性碳则工作在世纪与千年这一人类的尺度上。两者携手,终于为赫顿(1788)与莱伊尔(1830)只能论证其必然存在的那段深远时间,填上了真实的数字。