解決方案
在1949年之前,要問一件有機遺物有多古老,基本上只能靠猜。考古學家和地質學家握有相對的序列——花粉層、逐年計數的黏土紋泥——但對於任何沒有文字記錄的東西,都沒有錨定在日曆上的絕對時鐘。整個人類深遠的過去,從冰河時代的營火到最早的王朝,都漂浮在時間之外。
威拉德·利比(Willard Libby)是一位受過測量微弱放射性訓練的物理化學家——曾任伯克利化學系教職,1941至1945年在哥倫比亞大學參與曼哈頓計畫,之後擔任芝加哥大學核子研究所教授——他提出了這個構想。他在1947年提出,宇宙射線持續在大氣上層製造放射性碳-14,使其達到穩態,大約每兆個碳原子中有一個碳-14。每個生物都與這個儲庫交換碳,並維持相同的比例;死亡後交換停止,碳-14便單純地衰變,每5,600年衰變一半。
讓這個構想成為科學的,是驗證的嚴謹紀律。剛死不久的材料——木材、海豹油——顯示的活性恰好符合他平衡計算的預測。已死亡數百萬年的石油則完全沒有活性。接著是1949年《科學》論文的決定性試驗:來自埃及墓葬的木炭與木材,其年代已由埃及學家確定,從約5,000年前(維齊爾赫馬卡)一路到托勒密時期,再加上以年輪計數確定年齡的紅杉與花旗松心材。全部落在預測線上。
實際的障礙在於計數:最初的實驗需要繁複地濃縮這種稀有同位素,但利比測量微弱放射性的本領讓他得以改良儀器,直到篩選變得不再必要。一種任何實驗室都能對任何有機物進行的檢驗,就此誕生。
它達成了什麼
宇宙射線為每個活著的東西上緊了一個時鐘
為何有效
時鐘早已在每個生物體內免費運轉——無須發明任何東西,只需讀取。
尺度的兩端都是已知的:大氣平衡決定了起始劑量,5,600年的半衰期決定了滴答的節奏。
以獨立已知的年齡——埃及學家的墓葬、年輪計數的樹木——進行驗證,使這個方法可信,而不只是看似合理。
它對有機物質普遍適用,因此單一技術同時服務於考古學、地質學與地球物理學。
可應用之處
大自然往往早已在進行你所需的測量;找出內建的時鐘並學會讀取它。利比只有在這個尺度重現了已知年齡之後才信任它——先校準,再發現。
後續發展
利比獲得了1960年諾貝爾化學獎。這個方法在考古學、地質學與地球物理學中證明不可或缺:它支持了埃及年表可追溯至約公元前3,400年第一王朝之前,顯示歐洲與北美最後一次大冰期是同時發生的,且在11,000年前仍範圍廣大,並將人類存在定年至北歐約10,000年前、法國南部15,000年前的洞穴木炭,以及伊拉克25,000年前。同類的同位素時鐘隨後出現——鉀-氬定年法提供了本檔案海底條紋案例背後的磁極反轉時間尺度。
追溯依據
參考來源
- Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age Science (Arnold & Libby) · science.org ·
- Willard F. Libby — Presentation Speech, Nobel Prize in Chemistry 1960 The Nobel Foundation · nobelprize.org
- Willard F. Libby — Biographical The Nobel Foundation · nobelprize.org