要斷定死海文卷這類物品的「年齡」，「放射性碳年份法」是個常用的方法。 網上圖片長久以來，人們一直致力於更準確地計時，更精準地斷定事件發生的時間和物品的「歲數」。之前就和大家討論過，如何透過更仔細地了解原子、離子這些微小的粒子，來製作更精確的時鐘。那麼較為古遠的物件，比如從西伯利亞挖掘到的早期人骨，我們又怎樣知道它是屬於哪個時代的呢？各位可能早已聽說過「放射性碳年份法（radiocarbon dating）」這個技術；今天就和大家講解一下背後的原理，以及近日有關這個技術的重大發展。
元素放出輻射 衰變成新元素
上一次已經和大家說過，要量度並計算時間，我們需要利用一些固定的重複的現象，例如固定升降的太陽，或是從原子發放出來、頻率固定的輻射。不過，要斷定物品的「年齡」和事件發生的時間，難度可能就更高，因為我們需要確定這些重複的現象，從過去到現在就一直在固定地進行着；假如這些現象並不是絕對固定重複的，我們就需要知道它們在以往有怎樣的改變。
十九世紀初期，多位科學家如貝克勒和居里夫婦等等，發現和研究的輻射現象，成為了我們確定物品「年齡」的重要工具。他們發現一些現在被稱為放射性元素的物料，會以固定的速度轉化成另外一些元素，而在這個過程之中會放出輻射，比如X光，我們稱之為衰變。
由於這些輻射是來自那些放射性元素的，自然地放射出來，被我們量度到的輻射愈多，就代表存在的放射性元素愈多。假如我們能夠預先清楚地量度出放射性元素衰變的速度，例如每隔多久現存的放射性元素就會減少一半，再加上知道原來放射性元素的數量，那麼我們只需要測量物件現有的放射性元素數量，就可以推斷出中間經過了多少時間了。
這就好比原來我的口袋中有一千塊，而（不知為何）我口袋中的錢每天都會有一半不見了；幾天後我發現口袋裏只有二百五十塊，我們還是可以計算出當中其實過了多少天。
碳14非處處一樣 參照年輪改良方法
如何將這個方法應用到考古文物之上？考古文物例如遠古骨頭和古代工具，大多含有碳這種元素，而大自然之中，一定比例的碳是放射性的，也就是所謂的碳14。碳14主要由來自太空的宇宙射線造成，而它們在大自然中的比例長久以來一直相對固定，也就是由遠古直至現在。
活的動植物由於一直經由呼吸、飲食，從大自然吸取碳14，所以牠們之中的碳14比例也維持在固定的水平。可是動植物在死亡以後，自然不能繼續吸取碳14，因此碳14的數量就會因為衰變而慢慢變少。實驗室中的量度告訴我們，碳14的數量大約每5,700年就會減少一半；在測量了現在的碳14數量以後，我們就可以計算出這個動植物死了多久。
不過，對精益求精的我們，這個碳14的方法還是有改善的空間。這是因為碳14在大自然中的比例，其實並不是絕對的固定：核試、化石燃料的燃燒，都會改變大自然的碳14含量；海洋會吸取更多的碳14，而南半球有較多海洋，因此地球上的碳14含量並不是完全處處一樣。
正因如此，科學家們一直在利用其他的方法，例如參照其他放射性元素衰變的情況、樹木的年輪等，去改良這個碳14年份法，以求令其變得更加準確。最新的結果將會在幾個月內正式發布，但是部分結果，已經被用來更新其他的研究了。■張文彥 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。