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1 # 小漢字見大歷史
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2 # 科學探索菌
碳14測年法是根據自然界中碳14衰變的程度來計算出樣品的大概年代的一種測量方法。這一原理可以用來測定有機物的年代，不過只能測定至今約60000年左右的有機物的年代。對於超過60000多年的樣品，由於碳14含量非常少，所以測試結果會變得不靠譜。
碳14年代測定法由美國科學家威拉得·利比發明，威拉得·利比也因此獲得1960年諾貝爾化學獎。碳14是碳的放射性同位素，碳14的半衰期為5730±40年。碳14 與空氣中的氧氣結合形成含碳14的二氧化碳，並透過光合作用和呼吸作用以及食物鏈進入生物體內。
碳14是由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生，其在大氣中的丰度基本保持不變。透過生物的新陳代謝，我們認為生物體內所含碳14的比例與當時大氣中碳14的比例幾乎是一致的，並且生物體內碳14的形成和衰變是處於動態平衡狀態的。當生物死亡時，動態平衡被打破，生物體內的碳14因衰變含量減少，所以透過測試樣品中碳14與碳12的比例，就可以估算出樣品的年代，不過仍存在一定的誤差。碳14測年法在中國有被用來進行夏商周斷代工程。由於大量考古文物都是無機物，因此碳14測年法的用途也不是太廣泛。碳14測年法的時間範圍足夠用於人類考古了，如果需要更古老的測定，可以用其他半衰期更長的放射性元素。
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3 # 小漢字見大歷史
獲獎的正是這位「腦上無毛，聰明絕頂」的大哥，詳情可google：1960年諾貝爾化學獎得主——威拉得·弗蘭克·利比（Willard Frank Libby，1908年12月17日－1980年9月8日）。
這個問題涉及粒子物理學和化學，我想了下，像知乎一樣貼一大堆公式和術語，讓人不明覺厲，我認為沒什麼意義，在這裡可能根本就沒人看。
所以，我只能說我儘量簡單的講，儘量不用術語和方程，大家知道一個大概原理就夠了。----------------------------------------------------------------
放射性元素的「半衰期」自然界中有些元素是非常不穩定的，會釋放三種能量射線，漸漸變為一個穩定的元素，這樣的元素就叫做「放射性元素」，這個過程就叫做「衰變」。
（根據愛因斯塔的質能方程：衰變釋放能量，會有質量虧損。）我們小學課文都學過，放射性元素是居里夫人和她老公發現的。
居里夫人發現的放射性元素「釙、鐳」。
假設：
現在有一個樣本物質，裡面有1萬個「鐳原子」，在經過1600年後，有5000個原子會衰變為元素「氡」。這1600年就是「鐳」的半衰期。
那你肯定會問：
為什麼不是「全部衰變的時間」，而要搞一個「半衰時間」？
因為粒子衰變不是確定性的，是偶然的，是有一個機率的，「半衰期」是一個統計學測量到一個值，統計學樣本越大越準確，樣本少失去了統計學意義。
打個簡單的比喻：好比人的死亡是不確定的，現在要測人群的年死亡率：
有人選取一個一萬人的村子，一年死亡三人，年死亡率是萬分之三。
有人選取一個三口之家作為樣本，三口之家一年內死了一個，死亡率為33% 。這兩個數值哪一個更可信？肯定是前者。
這就如同，硬幣丟得越多，「正、反」出現的機率越接近50%。
因此，我們不可能不知道完全衰變需要多少時間，因為樣本越少，就失去了統計學意義，我們只有選取大樣本下的粒子半衰期時間。
其實也可以這麼說：理論上放射性元素全部衰變的時間是無窮大，那麼用完全衰變時間就失去了意義。
其實，半衰期這個概念在醫藥學上也有，你拿任何一種西藥的說明書，上面都有「血藥濃度的峰值期」，「半衰期」引數，跟粒子半衰期的原理完全相同，甚至求「半衰期」的公式都一樣。
假設你現在喝了一種藥物，之後一小時，在你的血液中的含量達到一個峰值，然後開始漸漸下降。假設峰值是每克血有1微克，過一個小時之後，每克血只有0.5微克，這一小時就是這種藥物在你體內代謝的半衰期。
你有沒有可能測得藥物完全代謝排出你的身體？不可能的，可能到你死，這個藥物都一些原子存在你體內。樣本有限，就失去了統計學意義。
碳元素——碳12、13和碳14及其「半衰期」、相對丰度化學常識1：凡是質子數相同的原子，為同一元素。
化學常識2：「同位素」是具有相同質子數,不同中子數的同一元素的不同核素，它們互為同位素(Isotope)。碳元素有6個質子，反過來說：凡是有6個質子的元素都是碳元素。
目前，自然界中發現的碳同位素從碳8——碳22，一共有十五種之多，也就是這些同位素都有6個質子，區別在中子數目不同，還有半衰期不同。
如下表所示：
引自百度百科詞條——碳這15種同位素中，碳12、碳13是穩定元素，其他同位素半衰期都很短几秒、幾微秒，但是唯有「碳14」同學「骨骼清奇」，半衰期竟然有5730年：
同時，從上表可見，地球碳元素中穩定同位素「碳12、碳13」佔到了大約99%以上（碳12佔到98%以上），其他的同位素忽略不計。地球上「碳14」和「碳12」的原子數目比列大約是1：1百億，
好，我們知道了碳12和碳14的化學性質，用圖表示：
（用圍棋表示碳原子核的中子和質子的數目）碳14的形成過程我們小學都學過，地球大氣層主要氣體是氮元素和氧元素，氮元素最多，佔到78%。
（大氣成分：氮（78.084%）、氧（%20.946）、 氬（%0.934）、水汽（0.25%）、二氧化碳（0.032%）、 氖（0.0018%）、 氦（0.00052%） 、甲烷（0.0002%）、 氪（0.0001%）、氫（0.00005%）、 氙（0.000008%）、臭氧（0.000001%）、 其他（0.001421%）。）氮元素的原子核為7個質子，最多的同位素就是氮14：7個質子、7箇中子，相對丰度為99%。
也就是說氮14在氮元素中佔到99%。
氮14本來是非常穩定的同位素，但是，無時無刻都存在的宇宙高能射線，轟擊大氣中氮14的原子核，這使得氮14失去一個質子，得到了一箇中子，產生一個只有一個質子的氫同位素：氕。
那麼，這個時候氮14就變成了6個質子，8箇中子的一種新元素。
前面說過：6個質子就是碳，再加8箇中子，也就是碳14：
14N7 + 1n0 → 14C6 + 1H1所以，碳14本來是是氮家族的人，它當然時刻要認祖歸宗，因此碳14特殊的原子結構，導致它非常的不穩定，它會產生上文說的「β衰變」，然後變回氮14。
放出正電子的稱為「正β衰變」，放出電子的稱為「負β衰變」。在正β衰變中，核內的一個質子轉變成中子，同時釋放一個正電子和一箇中微子；在負β衰變中，核內的一箇中子轉變為質子，同時釋放一個電子和一個反中微子。此外電子俘獲也是β衰變的一種，稱為電子俘獲β衰變。整個過程反應式如下圖：化學知識還給老師，看不懂也不要緊，這個反應式就是說的：宇宙射線轟擊氮14變為碳14，碳14又變回氮14。
生命體與碳元素迴圈——測年原理好，我們知道「碳14」的半衰期有5730年，但宇宙射線無時無刻都存在，碳十四衰變了，又會源源不斷的產生。
所以，地球上的碳14總會維持在一個相同的丰度，前面說過，大約是每一百億粒碳12原子就有一粒碳14原子。
我們還知道，地球一切生命都是碳基的，生命會新陳代謝，生命體會有碳迴圈：
碳-14原子與氧原子形成了二氧化碳，
植物的光合作用中吸收二氧化碳製造養分，植物中就有碳-14，動物吃植物。所以，每個活著的生命體都有源源不斷的相同丰度的碳14補充到體內，生命體碳14相對丰度跟自然中的植物、大氣的相對丰度是一樣的：
大自然中的碳迴圈
大氣中碳14和碳12的比例是：1：1百億，那麼植物纖維也是這樣的比例，吃植物的羊，吃羊的老虎、人，都是這樣的比例。
這個丰度，從古至今是不變的。
但是，如果生命體死亡了，就停止了與外界的碳交換迴圈了。
那麼，生命體體內，就有了一個「原子鐘」：生命體內碳14，每過5730年就會減少一半。
以此類推，減少八分之一、四分之一都有對應的年數。
計算所用的計算公式稍微說一下：t＝[ln (Nf/No) / (-0.693)] x T(1/2)ln ——自然對數 (natural logarithm)Nf/No —— 古物樣本碳14與和活生命體中的碳14的百分比T(1/2) —— 碳14的半衰期。要注意的是，「碳14丰度」從古至今不變只是一個「理想化假設」，碳14丰度是有波動的。
所以，碳十四測年是有誤差的，需要更多碳元素丰度的背景資訊進行校正。如：樹木年輪的測年校正。
碳14丰度波動如：科學家發現公元774年至775年間碳14丰度突然飆升，是平時的20倍，這是什麼現象導致的，目前還有很多爭議，大致有伽馬射線爆、太陽活動等幾種假說。引自：《自然》雜誌網站：https://www.nature.com/articles/ncomms9611/figures/2另外，前面說過，如果樣本中碳14數量不多，也就失去統計學意義。
所以，碳14過十個半衰變以後，就沒有統計學意義了。
因此，碳十四測年的上限是五、六萬年。一些幾十億年的化石，是不能用碳十四測年的。
也就是說：碳14測年是有侷限性的：
碳14測年經典案例夏商周斷代工程
中國煤炭冶鐵的歷史
還有爭議很大的——都靈裹屍布
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4 # 科學探索菌
碳14測年法是根據自然界中碳14衰變的程度來計算出樣品的大概年代的一種測量方法。這一原理可以用來測定有機物的年代，不過只能測定至今約60000年左右的有機物的年代。對於超過60000多年的樣品，由於碳14含量非常少，所以測試結果會變得不靠譜。
碳14年代測定法由美國科學家威拉得·利比發明，威拉得·利比也因此獲得1960年諾貝爾化學獎。碳14是碳的放射性同位素，碳14的半衰期為5730±40年。碳14 與空氣中的氧氣結合形成含碳14的二氧化碳，並透過光合作用和呼吸作用以及食物鏈進入生物體內。
碳14是由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生，其在大氣中的丰度基本保持不變。透過生物的新陳代謝，我們認為生物體內所含碳14的比例與當時大氣中碳14的比例幾乎是一致的，並且生物體內碳14的形成和衰變是處於動態平衡狀態的。當生物死亡時，動態平衡被打破，生物體內的碳14因衰變含量減少，所以透過測試樣品中碳14與碳12的比例，就可以估算出樣品的年代，不過仍存在一定的誤差。碳14測年法在中國有被用來進行夏商周斷代工程。由於大量考古文物都是無機物，因此碳14測年法的用途也不是太廣泛。碳14測年法的時間範圍足夠用於人類考古了，如果需要更古老的測定，可以用其他半衰期更長的放射性元素。
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獲獎的正是這位「腦上無毛，聰明絕頂」的大哥，詳情可google：1960年諾貝爾化學獎得主——威拉得·弗蘭克·利比（Willard Frank Libby，1908年12月17日－1980年9月8日）。
這個問題涉及粒子物理學和化學，我想了下，像知乎一樣貼一大堆公式和術語，讓人不明覺厲，我認為沒什麼意義，在這裡可能根本就沒人看。
所以，我只能說我儘量簡單的講，儘量不用術語和方程，大家知道一個大概原理就夠了。----------------------------------------------------------------
放射性元素的「半衰期」自然界中有些元素是非常不穩定的，會釋放三種能量射線，漸漸變為一個穩定的元素，這樣的元素就叫做「放射性元素」，這個過程就叫做「衰變」。
（根據愛因斯塔的質能方程：衰變釋放能量，會有質量虧損。）我們小學課文都學過，放射性元素是居里夫人和她老公發現的。
居里夫人發現的放射性元素「釙、鐳」。
假設：
現在有一個樣本物質，裡面有1萬個「鐳原子」，在經過1600年後，有5000個原子會衰變為元素「氡」。這1600年就是「鐳」的半衰期。
那你肯定會問：
為什麼不是「全部衰變的時間」，而要搞一個「半衰時間」？
因為粒子衰變不是確定性的，是偶然的，是有一個機率的，「半衰期」是一個統計學測量到一個值，統計學樣本越大越準確，樣本少失去了統計學意義。
打個簡單的比喻：好比人的死亡是不確定的，現在要測人群的年死亡率：
有人選取一個一萬人的村子，一年死亡三人，年死亡率是萬分之三。
有人選取一個三口之家作為樣本，三口之家一年內死了一個，死亡率為33% 。這兩個數值哪一個更可信？肯定是前者。
這就如同，硬幣丟得越多，「正、反」出現的機率越接近50%。
因此，我們不可能不知道完全衰變需要多少時間，因為樣本越少，就失去了統計學意義，我們只有選取大樣本下的粒子半衰期時間。
其實也可以這麼說：理論上放射性元素全部衰變的時間是無窮大，那麼用完全衰變時間就失去了意義。
其實，半衰期這個概念在醫藥學上也有，你拿任何一種西藥的說明書，上面都有「血藥濃度的峰值期」，「半衰期」引數，跟粒子半衰期的原理完全相同，甚至求「半衰期」的公式都一樣。
假設你現在喝了一種藥物，之後一小時，在你的血液中的含量達到一個峰值，然後開始漸漸下降。假設峰值是每克血有1微克，過一個小時之後，每克血只有0.5微克，這一小時就是這種藥物在你體內代謝的半衰期。
你有沒有可能測得藥物完全代謝排出你的身體？不可能的，可能到你死，這個藥物都一些原子存在你體內。樣本有限，就失去了統計學意義。
碳元素——碳12、13和碳14及其「半衰期」、相對丰度化學常識1：凡是質子數相同的原子，為同一元素。
化學常識2：「同位素」是具有相同質子數,不同中子數的同一元素的不同核素，它們互為同位素(Isotope)。碳元素有6個質子，反過來說：凡是有6個質子的元素都是碳元素。
目前，自然界中發現的碳同位素從碳8——碳22，一共有十五種之多，也就是這些同位素都有6個質子，區別在中子數目不同，還有半衰期不同。
如下表所示：
引自百度百科詞條——碳這15種同位素中，碳12、碳13是穩定元素，其他同位素半衰期都很短几秒、幾微秒，但是唯有「碳14」同學「骨骼清奇」，半衰期竟然有5730年：
同時，從上表可見，地球碳元素中穩定同位素「碳12、碳13」佔到了大約99%以上（碳12佔到98%以上），其他的同位素忽略不計。地球上「碳14」和「碳12」的原子數目比列大約是1：1百億，
好，我們知道了碳12和碳14的化學性質，用圖表示：
（用圍棋表示碳原子核的中子和質子的數目）碳14的形成過程我們小學都學過，地球大氣層主要氣體是氮元素和氧元素，氮元素最多，佔到78%。
（大氣成分：氮（78.084%）、氧（%20.946）、 氬（%0.934）、水汽（0.25%）、二氧化碳（0.032%）、 氖（0.0018%）、 氦（0.00052%） 、甲烷（0.0002%）、 氪（0.0001%）、氫（0.00005%）、 氙（0.000008%）、臭氧（0.000001%）、 其他（0.001421%）。）氮元素的原子核為7個質子，最多的同位素就是氮14：7個質子、7箇中子，相對丰度為99%。
也就是說氮14在氮元素中佔到99%。
氮14本來是非常穩定的同位素，但是，無時無刻都存在的宇宙高能射線，轟擊大氣中氮14的原子核，這使得氮14失去一個質子，得到了一箇中子，產生一個只有一個質子的氫同位素：氕。
那麼，這個時候氮14就變成了6個質子，8箇中子的一種新元素。
前面說過：6個質子就是碳，再加8箇中子，也就是碳14：
14N7 + 1n0 → 14C6 + 1H1所以，碳14本來是是氮家族的人，它當然時刻要認祖歸宗，因此碳14特殊的原子結構，導致它非常的不穩定，它會產生上文說的「β衰變」，然後變回氮14。
放出正電子的稱為「正β衰變」，放出電子的稱為「負β衰變」。在正β衰變中，核內的一個質子轉變成中子，同時釋放一個正電子和一箇中微子；在負β衰變中，核內的一箇中子轉變為質子，同時釋放一個電子和一個反中微子。此外電子俘獲也是β衰變的一種，稱為電子俘獲β衰變。整個過程反應式如下圖：化學知識還給老師，看不懂也不要緊，這個反應式就是說的：宇宙射線轟擊氮14變為碳14，碳14又變回氮14。
生命體與碳元素迴圈——測年原理好，我們知道「碳14」的半衰期有5730年，但宇宙射線無時無刻都存在，碳十四衰變了，又會源源不斷的產生。
所以，地球上的碳14總會維持在一個相同的丰度，前面說過，大約是每一百億粒碳12原子就有一粒碳14原子。
我們還知道，地球一切生命都是碳基的，生命會新陳代謝，生命體會有碳迴圈：
碳-14原子與氧原子形成了二氧化碳，
植物的光合作用中吸收二氧化碳製造養分，植物中就有碳-14，動物吃植物。所以，每個活著的生命體都有源源不斷的相同丰度的碳14補充到體內，生命體碳14相對丰度跟自然中的植物、大氣的相對丰度是一樣的：
大自然中的碳迴圈
大氣中碳14和碳12的比例是：1：1百億，那麼植物纖維也是這樣的比例，吃植物的羊，吃羊的老虎、人，都是這樣的比例。
這個丰度，從古至今是不變的。
但是，如果生命體死亡了，就停止了與外界的碳交換迴圈了。
那麼，生命體體內，就有了一個「原子鐘」：生命體內碳14，每過5730年就會減少一半。
以此類推，減少八分之一、四分之一都有對應的年數。
計算所用的計算公式稍微說一下：t＝[ln (Nf/No) / (-0.693)] x T(1/2)ln ——自然對數 (natural logarithm)Nf/No —— 古物樣本碳14與和活生命體中的碳14的百分比T(1/2) —— 碳14的半衰期。要注意的是，「碳14丰度」從古至今不變只是一個「理想化假設」，碳14丰度是有波動的。
所以，碳十四測年是有誤差的，需要更多碳元素丰度的背景資訊進行校正。如：樹木年輪的測年校正。
碳14丰度波動如：科學家發現公元774年至775年間碳14丰度突然飆升，是平時的20倍，這是什麼現象導致的，目前還有很多爭議，大致有伽馬射線爆、太陽活動等幾種假說。引自：《自然》雜誌網站：https://www.nature.com/articles/ncomms9611/figures/2另外，前面說過，如果樣本中碳14數量不多，也就失去統計學意義。
所以，碳14過十個半衰變以後，就沒有統計學意義了。
因此，碳十四測年的上限是五、六萬年。一些幾十億年的化石，是不能用碳十四測年的。
也就是說：碳14測年是有侷限性的：
碳14測年經典案例夏商周斷代工程
中國煤炭冶鐵的歷史
還有爭議很大的——都靈裹屍布