美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)家利比研究分析后發(fā)現(xiàn)，在自然界，由化學(xué)元素組成的物質(zhì)分為兩大類，一類是無(wú)機(jī)化合物；第二大類是有機(jī)化合物，它主要由碳、氫、氧三種元素組成。動(dòng)物和植物等有生命的物質(zhì)的體內(nèi)存在著大量的有機(jī)化合物。

那么，應(yīng)該選擇有機(jī)化合物組成中的哪一個(gè)元素呢？首選當(dāng)然是碳，因?yàn)樵诠糯倪z物和遺址中，隨著時(shí)間的推移，有機(jī)化合物中的氫和氧是要變成水分而丟失的，只有碳這個(gè)元素是能夠永存下去的。選擇碳的另一個(gè)原因是碳這個(gè)元素存在著碳14這個(gè)放射性同位素。

那么，天然有機(jī)化合物和動(dòng)植物體內(nèi)為何會(huì)存在碳14呢？研究發(fā)現(xiàn)，宇宙射線從太空不斷轟擊大氣層，這種轟擊會(huì)使大氣層中部分普通的碳原子形成放射性碳原子。利比認(rèn)為，當(dāng)植物活著的時(shí)候，由于不斷地進(jìn)行光合作用，二氧化碳（包括碳12和碳14）不斷地進(jìn)入植物體內(nèi)，植物被動(dòng)物吃掉，碳14又進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)。因此動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量是不斷變化的。但是，一旦植物或動(dòng)物死亡了，植物不再吸收大氣中的二氧化碳，動(dòng)物也不再吃植物了。于是，動(dòng)植物在死亡以后的年代里，因碳14是放射性同位素，仍在繼續(xù)不斷地進(jìn)行衰變，因此死亡動(dòng)植物體內(nèi)的碳14的含量在一天天地減少。碳14的量是可以通過(guò)測(cè)量其放射性確定下來(lái)的。碳14的半衰期為5730年，即經(jīng)過(guò)5730年以后，碳14的量只剩下一半。放射性碳測(cè)定年代法是最常用的考古方法，它所能斷定的年份最久的達(dá)50000年。

碳14是碳的一種具放射性的同位素，于1940年首被發(fā)現(xiàn)。它是透過(guò)宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生，其半衰期約為5,730年，衰變方式為β衰變，碳14原子轉(zhuǎn)變?yōu)榈印?

由于其半衰期達(dá)5,730年，且碳是有機(jī)物的元素之一，生物在生存的時(shí)候，由于需要呼吸，其體內(nèi)的碳14含量大致不變，生物死去后會(huì)停止呼吸，此時(shí)體內(nèi)的碳14開始減少。人們可透過(guò)傾測(cè)一件古物的碳14含量，來(lái)估計(jì)它的大概年齡，這種方法稱之為碳定年法。

這個(gè)地方給除了計(jì)算公式。

（2）式中Q能量為0.156 MeV；β-粒子的能量低，Emax＝154 keV；（3）式中A＝每1克碳標(biāo)本現(xiàn)在所測(cè)的放射性強(qiáng)度；A0=標(biāo)本生成時(shí)，每1克碳原有的放射性強(qiáng)度；λ=14C的衰變常數(shù)【瀏覽原件】年）；（4）式中之t即為所測(cè)定之標(biāo)本的14C年代。

14C在自然碳中只占1.2×10-12，幾萬(wàn)年的標(biāo)本中含量還要減少千倍。14C放射的β射線能量范圍在0～154 keV之間，平均能量為50keV，峰值在80keV，在空氣中的平均射程只有幾厘米。因此要測(cè)量如此少又微弱的放射性，技術(shù)比較復(fù)雜，必須提高探測(cè)效率、降低背景的干擾，以進(jìn)行精確測(cè)量。

為了提高測(cè)定效率，首先要將標(biāo)本制備成適當(dāng)?shù)幕衔铮⒊浞旨兓渥魈綔y(cè)器內(nèi)的計(jì)數(shù)液體。由於一般出土標(biāo)本物質(zhì)往往數(shù)量有限，制備純度必須適用於探測(cè)計(jì)數(shù)的要求，并具有良好的重復(fù)性。

14C的分析方法常用的有液體閃爍計(jì)數(shù)法及氣體正比計(jì)數(shù)法兩種。另外有固態(tài)碳計(jì)數(shù)法及串列靜電加速質(zhì)譜儀法，前者為最早使用的方法，但因有許多缺點(diǎn)，早已被氣體正比計(jì)數(shù)法所取代而不用了；而串列靜電加速質(zhì)譜儀法（TAMS）系利用高能量質(zhì)譜儀將離子依不同質(zhì)量、電價(jià)以及能量加速，在短時(shí)間內(nèi)精確地測(cè)定極為微量的標(biāo)本年代，是1977年以后發(fā)展出來(lái)的最新方法。加速質(zhì)譜儀法量測(cè)0.2～2mg的碳時(shí)，可達(dá)1％現(xiàn)代碳放射性強(qiáng)度的精度。它在一小時(shí)以下的計(jì)數(shù)時(shí)間，即可測(cè)定年代5500年左右之標(biāo)本（參閱科月十二卷七期「加速器放射性碳定年」一文）。

生物內(nèi)部都有一種碳的同位素--名叫碳－14，生物一死，該同位素馬上以可以測(cè)定的速度開始衰變。碳－14大約有5 600年的半衰期--即任何樣品消失一半所需的時(shí)間--因此，通過(guò)確定某種特定的碳樣的衰變程度，利比就可以有效地鎖定一個(gè)物體的年代--雖然是在一定限度以內(nèi)。

利比的方法是以如下假設(shè)為基礎(chǔ)的，即大氣里碳－14的含量以及生物吸收這種物質(zhì)的速度，在整個(gè)歷史進(jìn)程中是始終不變的。事實(shí)并非如此。我們現(xiàn)在知道，大氣里碳－14的數(shù)量變化不定，取決于地球的磁場(chǎng)能否有效地改變宇宙射線的方向；在漫長(zhǎng)的時(shí)間里，變化的幅度可能很大。這意味著，有些以碳－14年代測(cè)定法測(cè)定的年代要比別的這類年代更無(wú)把握。

利比公式里有個(gè)名叫衰變常數(shù)的基本成分存在3％的誤差。而到了這個(gè)時(shí)候，全世界已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)千次計(jì)算。科學(xué)家們沒有修正每個(gè)計(jì)算結(jié)果，而是決定保留這個(gè)不準(zhǔn)確的常數(shù)。這樣，提姆·弗蘭納里說(shuō)，你只要把今天見到的每一個(gè)以放射性碳年代測(cè)定法測(cè)定的年代減去大約3％。問題沒有完全解決。人們又很快發(fā)現(xiàn)，碳－14的樣品很容易被別處的碳污染--比如，一小點(diǎn)兒連同樣品一起被采集來(lái)的而又沒有被注意到的植物。對(duì)于年代不大久遠(yuǎn)的樣品來(lái)說(shuō)--年代小于大約2萬(wàn)年的樣品--稍有污染并不總是關(guān)系很大，而對(duì)于年代比較久遠(yuǎn)的樣品來(lái)說(shuō)，這有可能是個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)中的剩余原子數(shù)實(shí)在太少了。借用弗蘭綱納里的話來(lái)說(shuō)，在第一種情況下，就像是1000美元里少數(shù)1美元；而在第二種情況下，就像是僅有的2美元里少數(shù)了1美元。

最后，也許有點(diǎn)兒出人意料的是，計(jì)算結(jié)果可能由于表面看來(lái)毫不相干的外因--比如動(dòng)物的飲食結(jié)構(gòu)--而完全失去意義