2 月 13 日

大自然的时钟

1981 年 2 月 13 日，一具 6000 年前的少年女子木乃伊被运到上海，该木乃伊发现于新疆维吾尔族自治区楼兰地区。翌日，报端出现了“世界上最古的木乃伊”的报道。

那么科学家们是如何知道这具少年木乃伊的年龄的呢？这事得追溯到1896 年。

1896 年 1 月份，伦琴向全世界宣布发现了 X 射线，这事在全世界引起了巨大的轰动。法国科学家贝克勒尔也想趁这股热潮仔细研究一下 X 射线的性质。可是，他却意外地发现了天然放射性。

自然界中存在许多放射性元素，例如¹⁴C就是一种天然放射性元素。

科学家们发现，放射性元素的衰变时，原子数目存在如下关系： N＝N0e-λt，

其中 N0 为初始原子数目，N 为 t 时刻的原子数目。如果在 T 时刻，N=

1. N ，我们就称T为该元素的半衰期。由上式可以求出元素的半衰期为：

2 0

T=0.693/? 。

例如²³⁸U的半衰期为 4.5×10⁹ 年； ²²⁶ Ra的半衰期为1622年；¹⁴C的

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半衰期为5568年。反过来，知道了半衰期就可以求出λ。

后来，有一位叫赫斯的物理学家，发现了一种天外来的射线——宇宙射线。宇宙射线从四面八方向地球袭来，由于厚厚的大气层的阻挡，它才不致于伤害人体。宇宙射线的发现，引起了许多科学家们的兴趣。其中有个叫李比的美国科学家，他在 1930 年发现宇宙射线轰击大气层顶部时，会产生出许多高能中子，这些中子象雨滴似地再撞击到空气中的氮原子上，

就把氮原子变成一种新的碳原子，即¹⁴C。因此，在大气中，¹⁴C一方面

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爱被衰变掉，另一方面又会不断产生，这样，大气中的¹⁴C的丰度（浓

度）就会保持恒定不变。

大家知道，地球上的生物，在它们活着的时候，总是不断地吸收大气中的碳，因此，在生物体活着的时候，其体内的¹⁴C就会保持基本不变， 其丰度跟大气中的丰度一样。但是，有意思的是，生物体在死后，它就不会吸收大气中的碳了，特别是那些深藏地下的古代遗迹。

知道了14C的半衰期和14C的自然丰度，我们就可以鉴别木乃伊的年龄

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了。利用精密仪器测量出木乃伊中14C的丰度n，而那位木乃伊少年活着

的时候，14C在她体内的含量n 应与大气中14C的丰度一样。于是由

6 0 6

n＝n0e-λt

就可以求出木乃伊离今的时间：

τ = 1 ln( n0 ) = T ln( n0 ) = 8034.6 ln( n0 )。

λ n 0.693 n n

李比的发现引起了考古学家的兴趣。有一家博物馆特地请李比去检验一下该馆中的一具木乃伊。传说这具木乃伊已有 2200 年的历史，可是，使

大家吃惊的是，李比的鉴定结果是：这是一具几十年以前的尸体，木乃伊是伪造的。

由于李比的发现，世界上许多考古学上的疑案都被¹⁴C解决了，它的

奇特本领，恐怕福尔摩斯侦探是望尘莫及了。

¹⁴ C可以测定七万年之内的化石年龄。不久以前物理学又找到了另一

种半衰期更长的放射性钾，它可以用来判断距今几十亿年的化石年龄。 正是因为放射性碳和放射碳钾可以准确记录化石的年龄，科学家们称

之为“大自然的时钟”