放射性碳时钟
它鉴定一度活过的东西的年代。它真的能这样行吗？
以上所述的各种时钟走得非常缓慢，以致在研究考古学的难题方面很少用处，或甚至全无用处。因此需要一些快得多的东西去配合人类历史的时间范围。放射性碳时钟就符合了这种需要。
碳14——普通碳12的放射性同位素——在回旋加速器的核粒子加速实验中首先被发现，后来又在地球的大气层中发现。碳14放出微弱的β射线，用适当的仪器可以计算出来。碳14的半衰期仅是5700年，因此它宜于用来鉴定与人类早期历史有关的东西。
我们讨论过的其他多种放射性元素的寿命与地球的年龄比较起来相当长，因此它们在地球创造时已经存在，直至今日。但放射性碳的寿命却比地球年龄为短，只有借某种方法不断生产才能存到现在。生产方法便是宇宙射线对大气层的袭击，把氮原子转变成放射性碳。
这种碳以二氧化碳的形式被植物用于光合作用的过程里，并且转变成活细胞所含的各种有机化合物。不错，动物以及我们人类都吃植物的纤维，因此所有生物体内都含有放射性碳，与空气中所含的比率相同。任何生物只要活着，体内会衰变的放射性碳继续由新鲜摄取的所补充。树木或动物若死了，新鲜放射性碳的供应就告终止，体内放射性碳的水平遂开始下降。一块木碳或兽骨若保全了5,700年，其中所含的放射性碳就只有活着时的一半。按照这项原则，我们若从一度活过的生物遗骸探测其中的碳14比率，就可知道它死了多久。
放射性碳的测量方法可以广泛地应用在各种起源于有机物的物体上。有盈千累万的样本曾以此法鉴定其年代。它那引人入胜的多种用途从以下几个例证可以见之：
从埃及法老苏斯特利斯(Seostris)三世墓中陪葬船发现的木块鉴定为公元前1670年之物。
1874年在美国加州砍下的巨大红杉，中心木材有2905个年轮，它被鉴定在公元前760年即已存在。
死海抄卷的麻布包裹根据抄本的字体断定为公元前第一或第二世纪之物，按其中的放射性碳则被测定为存在了1,900年。
在亚拉腊山上发现的一块木头，有人认为可能是属于挪亚方舟的，但被鉴定为只是公元700年之物——它诚然是块老木，但不是老到像洪水之前的东西。
在美国俄勒冈州火山浮岩的洞里掘出的绳带便鞋鉴定已存在了9,000年。
在西伯利亚冰封了数千年之久的猛犸幼象，掘出之后从它的肉断定是4万年前之物。
这些年代鉴定可靠到什么程度呢？
放射性碳时钟的种种错误
放射性碳时钟在最初实验时似乎十分简单和直接，但现时已有多种错误为人所知。1969年，专家们在瑞典的乌普沙拉召开了一次会议，讨论放射性年代测量法和其他与此有关的鉴定方法。据实验这种方法的化学家和使用计算结果的考古学家、地质学家讨论所得，发现这种方法有许多弱点可使鉴定的年代变成无效，会议迄今已有17年，在补救这些弱点方面还是没有多大成就。
令人大伤脑筋的一个难题是如何确保受试验的样本未经染污；染污物可能是现代的（活）碳或古代的（死）碳。例如，从老树的心切出的一块木可能含有活的树液。如果树液是用有机的溶剂（从死的石油构成）提炼出来的，便可能有微量的溶剂留在被分析的部分之内。埋藏已久的煤炭也许被活植物的小根所穿透。或者它被古老得多而不易除去的沥青质所染污。活的贝类曾被人发现含有埋藏已久的碳酸盐，或者所含的碳酸盐从隐藏了数千年的海洋深处被上冲的海水浮出的。这些东西能使样本的年代看来比真实的年代或多或少。
放射性碳鉴定年代的学说最严重的弱点是假定碳14在大气中的水平从古至今都是一样。首先，放射性碳的水平有赖于宇宙射线产生这种物质的速度。宇宙射线的强度有时相差很远，地球磁场的改变对它影响极大。太阳的磁暴有时使宇宙射线增强千倍达数小时之久。地球磁场在以往数千年也有较强或较弱的时候。自有核爆以来，碳14在普世的水平已增加了不少。
另一方面，碳14的比例也受到空气中稳定碳的含量所影响。大火山爆发使稳定的二氧化碳大量增加，因而稀释了放射性碳。在上个世纪，人类使用化石燃料——特别是煤和石油——以致大气中二氧化碳的永久含量增加到前所未有的程度。（关于这方面的详细资料和碳14时钟的其他不准确之处，可参阅1972年4月8日的英文《儆醒！》）
树木年代学——从树木年轮的增长鉴定年代
由于面对上述各种重大弱点，使用放射性碳测量法的人已转而求助于树木样本以定准年代，方法是计算树木的年轮，特别是芒松的年轮。芒松在美国西南部已活了数百年甚至数千年。这门学问称为树木年代学。
因此放射性碳时钟已不再被视为可以计算绝对准确年代的工具，它只可作为衡量相对年代的工具而已。为了探测正确的年代，放射性碳鉴定的年代要受年轮计算法所纠正。放射性碳衡量的结果称为“放射性碳鉴定年代”。借着以树木年轮为根据所作的曲线测量，绝对的年代就可以推断出来。
在芒松年轮所能追溯的年代范围内，这个方法是可靠的。但现在发生的难题是，最古老的活树也只能追溯到公元800年。为了扩大鉴定范围，科学家试图从附近发现的枯木作厚、薄年轮交叠的方式来平均计算。借着以17根落木残干来互相印证，他们声称鉴定的年代可以追溯到7,000年以上。
但年轮标准也不是全无难题的。有时科学家们不知道某根枯木究竟属于哪个时代，那么他们怎样行呢？他们于是用放射性碳测量器去测度枯木的年代，以之作为指南去找到合适的位置。这使人想起两个跛子只有一根拐杖，他们轮流使用，其中一人要靠在同伴身上一会儿，然后反过来帮助同伴站起来的故事。
我们不禁纳罕，散落的枯木怎能奇迹地在露天地方保全这么久。枯木看来会被豪雨冲走或被过路者拾起当柴来烧或作别的用途。什么防止它腐烂或被虫侵蚀呢？诚然，一棵活树可能经得起时间和风雨摧残，有时可以活到千年以上。但枯木又如何？保全到六千年之久？看来实在难以令人置信。但这便是较古老的放射性碳鉴定法以之为根据的东西。
可是，放射性碳专家和树木年代学家们却不理会这些疑问，并且掩饰了鸿沟和矛盾之处，双方均对妥协表示满意。但他们的顾客——考古学家们——又如何？考古学家未必时常对他们寄出的样本所获得的年代鉴定乐意接纳。其中一人在乌普沙拉会议中表示意见说：
“碳14鉴定的年代若支持我们的理论，我们就把它列入本文里。冲突的地方若不大，就把它列入注脚中。若是完全‘脱节’，就把它干脆弃掉。”
有些考古学家仍怀有这样的感觉。对于一项被认为标明驯化动物的最早时期的放射性碳年代鉴定，一位考古学家在最近写道：
“对于只因为放射性碳年代鉴定出自‘科学’实验室就认为立刻有用，考古学家［越来越］采取审慎态度。对于哪种方法、哪种实验室、哪种半衰期价值和哪种测定方法最为可靠的问题越感混乱，我们考古学家就越不愿一味毫无疑问地接纳向我们提供的‘年代鉴定’。”
但供应鉴定年代的放射化学家却反驳说：“我们宁愿处理以稳确衡量为根据的事实——而非时下流行或基于感情的考古学。”
如果科学家对于这些追溯人类古史的年代鉴定的价值意见分歧得这么厉害，外行人对于据称基于科学“权威”的消息报道——例如本系列文章在起头所引述的消息——表示怀疑岂不是可以了解的吗？
碳14的直接计算法
放射性碳鉴定法的近期发展是，不仅计算从原子衰变所发出的β射线，同时也计算小型样本里的所有碳14原子。这种方法在计算只有极微量的碳14遗留下来的远古样本时特别有用。平均来说，100万碳14原子中每3天只有一个原子衰变。如果衡量远古的样本，要累积足够数目的原子衰变去辨别放射性和宇宙线的背景是件冗长乏味的事。
可是，如果能够现在就计算所有的碳14原子而不必等待其衰变，敏感度就可以增至百万倍。这样行的方法是在磁场中弯曲一束含有阳电荷的碳原子，从而把碳14从碳12中分别出来。较轻的碳12被迫进入一个较狭窄的圈子里，较重的碳14则从裂缝进入计算器里。
这种方法虽然比计算β射线较为复杂和昂贵，但优点是试验所需的物质数量减少千倍。此法在鉴定罕有的古抄本和艺术品方面颇有用，因为这些东西是无法削去若干克作为样本在试验过程将其毁去的。现在，重量只有几毫克的样本也可以鉴定了。
有人建议用此法鉴定杜林的裹尸布，有些人相信这块布是裹着耶稣尸体下葬的东西。放射性碳鉴定年代若表明该布没有那么古老，就能证实怀疑者认为裹尸布是个骗局的主张了。直至现时为止，杜林的大主教还不肯捐出一块样本去作鉴定，因为他不愿切出其中一大块。但若使用新法鉴定，一平方公分的布就足以断定全块布究竟是耶稣的时代抑或是中古时代之物。
无论如何，较大的难题若不获解决，试图扩大鉴定的年代范围就不会有什么意义。样本越古老，就越难确定它是否完全不含微量的新碳。要靠测量去鉴定的东西若属数千年以上之物，就越难知道古代大气层所含的碳14水平。
有人研究过鉴定古迹的若干其他方法。好几种方法与放射性有间接关系，例如铀裂变测量法和放射性光圈测量法。有些方法牵涉到其他过程，例如从冰河流出的河川去测量纹泥（沉积层）的沉积率以及黑曜石制品的水化作用等。
氨基酸的外消旋
氨基酸的外消旋是为人所用的另一个年代鉴定法。但“外消旋”是什么意思呢？
氨基酸属于碳化合物类，它有四组不同的原子附在中央的碳原子之上。以整体而论，各组原子的四面体安排使分子成为不对称的形状。各分子以两种形式存在。它们在化学成分上虽然相同，但却是互相对照的。且以一对手套作为简单的比喻。两只手套的大小和形状相同，但一只只合右手，另一只只合左手。
其中一种化合物的溶液会使一束偏光折向左边；另一种化合物的溶液则使光旋向右边。化学家把较简单的化合物综合成氨基酸，就能获得同等数量的两种形式的分子。它们互相抵消对方从偏光所生的作用。这称为外消旋混合物，左边和右边的氨基酸以同等分量存在于混合物里。
活的植物或动物所含的氨基酸化合物只有一种形式，通常属于左边或L（左旋）形式。这样的化合物在加热后，热力的刺激将其中若干分子从左边形式转成右边（右旋）形式。这种改变称为外消旋。加热的时间若够长，就产生同等数量的左旋和右旋形式。这样的过程特别令人感兴趣，因为它像放射性碳年代鉴定一样与生物有关。
在较低的温度之下，外消旋的速度较慢。慢到什么程度视乎转折分子所需的能量而定。这种作用按照一项著名的化学定律，称为阿瑞尼阿斯(Arrhenius)方程式，而发生。氨基酸若越来越冷，反应便越来越慢，直至达到普通温度就没有任何变化发生。但我们仍然可用这项方程式去计算它改变得多快。结果发现，典型的氨基酸若达到外消旋状态，到左边和右边的氨基酸两者以同等数量出现，就可能需时数千年。
以此法鉴定年代的理论是：例如，一块骨头若埋在地下没有受到干扰，骨里的天冬氨酸（晶化了的氨基酸）就逐渐产生外消旋作用。在很久之后把骨掘出，除掉和净化那遗留下来的天冬氨酸，将它的极化程度与纯左旋的天冬氨酸比较，我们就可以估计骨头在多久之前曾是活着的生物的一部分。
氨基酸的衰变曲线和放射性元素的相似。每种氨基酸都有其独特的衰变率，正如铀衰变慢于钾衰变。然而，值得留意的一项重要差别是：放射的速率不受温度影响，但外消旋是化学反应，因此显然受温度所影响。
在采用外消旋方法的事例中，最受宣传的事件之一是用此法测量在美国加州海岸发现的人骨化石。这具称为戴尔玛(Del Mar)人的化石以此法鉴定为4万8,000年前之物。另一具女性骨骼在太阳谷附近出土，鉴定为甚至更古老之物；它的惊人年代是7万年！这个年代数目不但在报界，而且在古生物学家当中轰动一时，因为没有人相信在那么远古的时代已有人住在北美。有些人猜测在10万年前便有人也许从亚洲渡过白令海峡进入美洲。但这种新奇方法所鉴定的年代准确到什么程度呢？
为了获得答案，研究者以放射方法作了多次试验，方法牵涉到铀和铅之间的中间衰变产品，因为它们的半衰期适合这个年代范围。试验表明戴尔玛骨为1万1千年前之物，在太阳谷所掘出的骨头却只有8,000或9,000年历史。事情显然有点不妥。
用外消旋方法鉴定年代的不可靠是由于不知道样本的温度历史。正如以上所述，外消旋的速率对温度极之敏感。温度若高于摄氏14°（华氏25°），反应便会快10倍之多。有谁知道骨骼在以往这么多年间经历过什么温度呢？它们在加州的炎热太阳之下经过了多少个夏天？抑或曾否经历过营火或森林大火？除了温度之外，其他因素也会大大影响到反应率——例如PH（酸度）。一项报道说：“在沉积物中氨基酸的初步外消旋作用比在类似的PH和温度中游离氨基酸的外消旋率几乎快（10倍）之多。”
事情并非到此为止。在太阳谷发现的骨头之一受到放射性碳试验，包括从衰变的原子中计算β射线微粒以及较新的原子计算方法。这些鉴定法在大体上获得一致的结论：平均年数只有4,400年！
我们相信什么才好呢？显然有些答案十分错误。既然放射性碳鉴定法使用的经验较久，我们应该信任它吗？但即使这样，从同一骨骼切出的不同样本，其鉴定年代也相差3,600至4,800年之多。或者我们应该承认，正如以上曾引述的一位科学家所说一般，“也许它们尽都错了。”
［第14页的精选语句］
据现时所知，放射性碳时钟可以犯多种错误
［第13页的附栏］
仅在一年之前，《科学新闻》周刊以“‘早期’工具的新年代”为题报道说：
“四件人造的骨制品曾被认为是3万年前北美已有人居住的证据，它们其实最多只是3,000年前之物，英属哥伦比亚西门弗雷泽大学考古学家纳尔逊(Earl Nelson)和他的同事在5月9日的《科学》杂志报道说……
“从同一骨头的两种碳样本估计所得的年代，其差异之处可说是相当大。例如，用来剥取兽皮的‘剥刀’起初以放射性碳鉴定的年代是2万7,000年前的古物，但现在已修正为只有1,350年左右的历史。”——1986年5月10日。
［第15页的图解］
（排版后的式样，见出版物）
碳14（或外消旋的天冬氨酸）随着外界情况而变化
宇宙线的变异
碳14
气温的变化
天冬氨酸
［第16页的图解］
（排版后的式样，见出版物）
活的天冬氨酸
COOH C NH2 H CH2COOH
死的天冬氨酸
HOOC C H2N H HOOCH2C