历史的科学尺度：碳14定年法及其发明者

导言：

碳14定年法像一把时间的尺子，考古学家在缺少有效信息的情况下借助它仍然可以判断文物的大致年代。拨开黑暗的迷雾，揭露隐藏的秘密，碳14定年法的发明对于考古学具有极其重要的意义，本文作者主要介绍了碳14定年法的发明以及它的发明者威拉德·利比（Willard Frank Libby，1960年诺贝尔化学奖者）的故事。

撰文 | 王鑫 （北京大学应用化学系）

责编 | 艾维

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碳14定年法是利用自然界中广泛存在的放射性同位素碳14作为标记物，用以确定历史上曾经存活过的动植物年龄的一种方法。碳14作为碳的一种同位素，广泛存在于大气、海洋和所有的生命组织中。当动植物死亡后，其体内不断衰变的碳14（半衰期5,730±40年）因无法得到外界补充而数量逐渐减少，于是可以通过测定死亡样品中残余碳14的含量获知样品的死亡时间。

碳14定年法像一把时间的尺子，考古学家在缺少有效信息的情况下借助它仍然可以判断文物的大致年代。拨开黑暗的迷雾，揭露隐藏的秘密，碳14定年法的发明对于考古学具有极其重要的意义，因此它的发明者威拉德·利比（Willard Frank Libby）获得了1960年的诺贝尔化学奖。

碳14定年法的原理如此简单，以至于让人怀疑为何利比可以凭此获得诺贝尔化学奖。但是当我们回顾那段历史，隐藏在背后不为人知的艰难与坎坷足以证明为何碳14定年法的发明是智慧和汗水的结晶。

自然界中的碳14大多由天然核反应产生，大气中的氮14在宇宙射线的轰击下即可生成具有放射性的碳14。然而在上个世纪三十年代，这一切都需要放射化学家们使用简陋的仪器从零开始探索。

碳14——来自虚空的黑星

上世纪三十年代之初，科学家们已认识到，在同位素表中碳应该还有一个质量为14的同位素。直到1934年，弗朗茨·库里厄（Franz N. D. Kurie）、汤姆·邦纳（Tom W. Bonner）和威廉·布鲁贝克（William M. Brubaker）等人才发现，在云室中利用中子轰击空气时，氮原子（尤其是氮14）会导致质子的反弹轨迹出现。

根据质量守恒定律，他们推测在云室中发生了这样的一个反应：n+14N→1H+14C。