【元素家族——連載32】年代測定神器：碳14

碳14在自然界中很少，只有碳12的一千億分之一，它最主要由宇宙射線中的中子撞擊到氮14原子核而產生。它是一种放射性同位素，會自發衰變成氮14，同時釋放出β射線（電子）和中微子。它的半衰期大約5730年，也就是說，如果有很大數量的碳14原子在一起，其中一半在5730年後將衰變成氮，但不代表說你身體里某處有8個碳14原子核，它們中的4個會在5730年後衰變，而是這8個碳14核中的每一個都有50%的幾率在5730年後衰變。這個半衰期的概念一定要搞清楚，否則你在玩牌類麻將類的遊戲中會心態失衡。

【①碳14由宇宙射線中的中子流擊中氮核而變來。②碳14會自發衰變成氮14，半衰期是5730年。這兩個核反應在地球上形成了一個平衡。】

碳14得到應用要歸功於美國科學家利比的貢獻。二戰中，利比參與了研製原子彈的曼哈頓計劃。戰後利比參與到研製放射性武器和放射性防護的軍工研發中，他得知另一位科學家科爾夫發現了宇宙射線會產生碳14，他立刻理解到，活的生物中，碳14和碳12一樣，在生物內部參與循環，時刻得到更新。但是當生物死後，沒有新的碳14進來，而殘留在體內的碳14會不斷衰變。那麼對比活的生物體內碳14的含量和死的生物化石中碳14的含量，就可以推算出生物化石的年齡。

【由於之前①和②的平衡，活的生物體內的碳12和碳14的比例是不變的，然而當生物死了以後，②繼續發生，卻沒有新線的碳14繼續補充進來，之前的比例就被打破了。計算新的比例，可以計算出生物死了多少年，這就是碳14年代測定的理論基礎。】

利比1946年提出了他的這個想法，並在1955年出版著作《放射性碳年代測定》（Radiocarbon Dating），1960年他因此獲得諾貝爾化學獎。

之前考古學家面對各種各樣的廢墟、遺迹、化石一籌莫展，只能根據一些殘存的史料加以猜測推斷。終於，化學家們交給了歷史學家一把寶貴的歷史刻度尺，從此考古學家擁有了科學的武器，人類的歷史更加清晰！

【1960年諾貝爾化學獎得主：利比。】

中國號稱有5000年的歷史，但是按照西方學者的歷史標準，必須有青銅器、城市、文字的產生，商朝的青銅器雖晚，但是其精美程度堪稱青銅史上的極致，商朝也出土了很多甲骨文，但是關於夏朝的考古，到現在為止還缺乏有說服力的發現。因此國際上只承認商朝是中國有記載歷史的開始，這樣的話，中國有記載的歷史只能算到3000多年，遠遠不能與古埃及、古巴比倫、古印度等文明相提並論。

在這個背景下，一方面要搞清楚中國歷史的源頭，另一方面也是為了建立民族的自信心， 1995年我國啟動了「夏商周斷代工程」。這個工程最主要的目的是確定共和元年（公元前841年）之前的年表，尋找夏朝的證據也是很重要的任務。主要的方法，一是通過現代天文學對史料中的天文現象和曆法記錄進行推算，二就是對典型的墓葬、遺址中出土發現的物體進行碳14年代測定。

【二里頭遺址一度被認為是夏朝遺址，三星堆發掘出來以後，爭議更多了。】

夏商周斷代工程引起了很多爭議，某些國外人士認為這個工程是徹頭徹尾的「政治指導考古」，是中國政府在搞「民族主義」，其結論根本不值一提，「國際學術界將把工程報告撕成碎片」。面對這種尖銳的質疑，我國的「民族主義者」提出，西方所謂的「國際學術界」向來喜歡搞雙重標準，總是對中國的考古成果在雞蛋里挑刺。有人甚至調侃：既然西方能夠把荷馬史詩和特洛伊戰爭當成信史，中國用科學方法進行斷代竟然受到質疑。

更有人提出，西方的這種欺騙行徑不止一次了，「耶穌裹屍布」就是一例。

【「都靈裹屍布」是最有名的「耶穌裹屍布」。】

歷史上，世界各地有40多條「耶穌裹屍布」，最有名的是上圖中的「都靈裹屍布」，它之所以出名，是因為它的上面印有耶穌身體和面容的輪廓。它現在有記錄的歷史是在14世紀，它在法國一個小鎮被發現，一直到最近還有很多人相信這是真的耶穌裹屍布。

1988年，美國、英國、瑞士三地的科學家對這塊裹屍布上剪切下的樣本進行了碳14分析，三地的結論是基本一致的：這塊裹屍布的年代在公元1260到1390年間，顯然不可能是耶穌的年代。科學證明：這塊最有名的裹屍布也是騙局！

後來人們對這塊裹屍布的年代更加感興趣，有好事者經過研究甚至提出證據，說明這塊裹屍布是達芬奇偽造的。他們的論據不光是碳14分析得出的年代和達芬奇接近，就連裹屍布上的「聖像」也和達芬奇本人的自畫像無比接近。美國人根據這個「發現」還拍了一部紀錄片《揭秘達·芬奇裹屍布》。

【裹屍布上的「聖像」很像達芬奇嗎？】

事情並沒有結束，可能是出於對基督教的虔誠，對於1988年科研結果的質疑一直沒有停止過。最嚴厲的質疑竟然來自於對碳14年代測定方法的質疑，之前我們提到科學的結論是在公元1260到1390年間，而不是一個準確的數字，這是為什麼呢？原因在於，利比當時提出碳14年代測定的時候，發現他的方法存在3%的誤差，這雖然表示碳14年代測定方法不能給出具體的年份，但還能讓人接受。但是人們又很快發現，碳14的樣品很容易被污染，比如一丁點沒有被注意的植物，或者微生物，這就會導致檢測結果有非常大的錯誤。在對1988年科研結果的質疑中，就有人提出，裹屍布的送檢樣品里檢測出香草醛（亞麻中的木質素高溫下分解成的物質），而裹屍布其它部位則未檢測出香草醛，可能是由於送檢樣品是16世紀教堂失火後修補的地方。

2013年，義大利科學家用紅外檢測證明裹屍布來自於2000年前，說明這就是耶穌的裹屍布。這沒有能夠蓋棺論定，而是延續了關於這個話題的爭議。如果你對這個話題實在非常感興趣，我可以推薦一本書《耶穌裹屍布之謎》，在暢銷書排行榜上已經擊敗了《達芬奇密碼》，你還在猶豫什麼？

【如有興趣，可以看看這本書。】

雖然碳14年代測定方法已經受到一些質疑，但是這還是科學界最常使用的方法，科學家們相信，只要他們用精確的實驗方法，按照科學的原理，就可以得到令人信服的結論。至於非科學的聲音，就讓他們去吧。

更要注意，碳14年代測定是有局限的。由於碳14的半衰期只有5730年，它一般用於6萬年以內的年代測定，所以用來測定人類歷史是可以的，但是如果對於類似元謀猿人這種170萬年尺度的測定，碳14就不準了，需要用鉀-氬測定方法，這個我們後面再說。

【懂了嗎？下次千萬不要出去煞有介事的跟別人海吹，說某某恐龍的年代測定是用碳14做的，碳14沒那麼神。】

最後，我們在碳元素這裡呆的實在太久了，我保證這是碳元素的最後一篇，下面我們將進入氮的世界。

小測試：

1， 下面哪個是可以用來測定年代的同位素：

A） 碳12

B） 碳13

C） 碳14

D） 氫1

2， 中國有記載的歷史中，最早的朝代是：

A） 夏

B） 商

C） 周

D） 秦

3， 碳14最有可能用來測定什麼的年代？

A） 恐龍化石

B） 三葉蟲化石

C） 元謀猿人

D） 山頂洞人