在1949年之前,要问一件有机遗物有多古老,只能靠猜。考古学家和地质学家有相对序列——花粉层、数过的黏土纹层——但对于任何没有文字记录的东西,都没有锚定到日历上的绝对时钟。整个深远的人类过去,从冰河时代的篝火到最早的王朝,都在时间中漂浮无依。

威拉德·利比是一位受过测量微弱放射性训练的物理化学家——先在伯克利化学系任教,1941年至1945年在哥伦比亚大学参与曼哈顿计划,后任芝加哥大学核研究所教授——他有了这个想法。他在1947年提出,宇宙射线不断在上层大气中产生放射性碳-14,在那里达到稳态,约为每一万亿个碳原子中有一个。每一个生物都与这个储库交换碳,并保持相同的比例;死亡后交换停止,碳-14便单纯地衰变,每5,600年衰变一半。

使这个想法成为科学的是检验的严谨。刚死去的材料——木材、海豹油——显示出的活性恰好符合他的平衡计算所预测的。已死去数百万年的石油则完全没有活性。接着是1949年《科学》论文中的决定性试验:来自埃及墓葬的木炭和木材,其年代已被埃及学家确定,从约5,000年前(维齐尔赫马卡)直到托勒密时期,再加上按年轮计数确定年龄的红杉和花旗松的心材。全部落在线上。

实际的障碍在于计数:最初的实验需要对这种稀有同位素进行繁琐的富集,但利比在弱放射性测量方面的技巧让他改进了仪器,直到筛选变得不再必要。一种任何实验室都能对任何有机物进行的检验就此诞生。

宇宙射线给每一个生物体内都装上了一座时钟。

时钟早已在每一个生物体内免费运行——无需发明任何东西,只需读取。

尺度的两端都是已知的:大气平衡设定了起始剂量,5,600年的半衰期设定了滴答。

用独立已知的年龄——埃及学家的墓葬、按年轮计数的树木——进行验证,使这种方法可信,而不仅仅是貌似合理。

它对有机物普遍适用,因此一种技术同时服务于考古学、地质学和地球物理学。

大自然往往已经在运行你所需要的测量;找到内置的时钟并学会读取它。利比只有在它重现了已知年龄之后才信任这个尺度——先校准,再发现。

利比获得了1960年诺贝尔化学奖。这种方法在考古学、地质学和地球物理学中被证明不可或缺:它支持了埃及年表可追溯到约公元前3,400年第一王朝之前,表明欧洲和北美最后一次大冰期是同时发生的,并且在11,000年前仍规模广大,并将人类的存在定年到北欧约10,000年前、法国南部15,000年前的洞穴木炭以及伊拉克的25,000年前。同类的同位素时钟随之而来——钾-氩测年提供了本档案海底线纹案例背后的地磁倒转时间尺度。

从这里,追溯依据

参考来源

  1. Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age Science (Arnold & Libby) · science.org ·
  2. Willard F. Libby — Presentation Speech, Nobel Prize in Chemistry 1960 The Nobel Foundation · nobelprize.org
  3. Willard F. Libby — Biographical The Nobel Foundation · nobelprize.org