放射性碳時鐘
它鑑定一度活過的東西的年代。它真的能這樣行嗎？
以上所述的各種時鐘走得非常緩慢，以致在研究考古學的難題方面很少用處，或甚至全無用處。因此需要一些快得多的東西去配合人類歷史的時間範圍。放射性碳時鐘就符合了這種需要。
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實驗中首先被發現，後來又在地球的大氣層中發現。碳14放出微弱的β射線，用適當的儀器可以計算出來。碳14的半衰期僅是5700年，因此它宜於用來鑑定與人類早期歷史有關的東西。
我們討論過的其他多種放射性元素的壽命與地球的年齡比較起來相當長，因此它們在地球創造時已經存在，直至今日。但放射性碳的壽命卻比地球年齡為短，只有藉某種方法不斷生產才能存到現在。生產方法便是宇宙射線對大氣層的襲擊，把氮原子轉變成放射性碳。
這種碳以二氧化碳的形式被植物用於光合作用的過程裡，並且轉變成活細胞所含的各種有機化合物。不錯，動物以及我們人類都吃植物的纖維，因此所有生物體內都含有放射性碳，與空氣中所含的比率相同。任何生物只要活著，體內會衰變的放射性碳繼續由新鮮攝取的所補充。樹木或動物若死了，新鮮放射性碳的供應就告終止，體內放射性碳的水平遂開始下降。一塊木碳或獸骨若保全了5,700年，其中所含的放射性碳就只有活著時的一半。按照這項原則，我們若從一度活過的生物遺骸探測其中的碳14比率，就可知道它死了多久。
放射性碳的測量方法可以廣泛地應用在各種起源於有機物的物體上。有盈千累萬的樣本曾以此法鑑定其年代。它那引人入勝的多種用途從以下幾個例證可以見之：
從埃及法老蘇斯特利斯(Seostris)三世墓中陪葬船發現的木塊鑑定為公元前1670年之物。
1874年在美國加州砍下的巨大紅杉，中心木材有2905個年輪，它被鑑定在公元前760年即已存在。
死海抄卷的麻布包裹根據抄本的字體斷定為公元前第一或第二世紀之物，按其中的放射性碳則被測定為存在了1,900年。
在亞拉臘山上發現的一塊木頭，有人認為可能是屬於挪亞方舟的，但被鑑定為只是公元700年之物——它誠然是塊老木，但不是老到像洪水之前的東西。
在美國俄勒岡州火山浮岩的洞裡掘出的繩帶便鞋鑑定已存在了9,000年。
在西伯利亞冰封了數千年之久的猛獁幼象，掘出之後從牠的肉斷定是4萬年前之物。
這些年代鑑定可靠到什麼程度呢？
放射性碳時鐘的種種錯誤
放射性碳時鐘在最初實驗時似乎十分簡單和直接，但現時已有多種錯誤為人所知。1969年，專家們在瑞典的烏普沙拉召開了一次會議，討論放射性年代測量法和其他與此有關的鑑定方法。據實驗這種方法的化學家和使用計算結果的考古學家、地質學家討論所得，發現這種方法有許多弱點可使鑑定的年代變成無效，會議迄今已有17年，在補救這些弱點方面還是沒有多大成就。
令人大傷腦筋的一個難題是如何確保受試驗的樣本未經染污；染污物可能是現代的（活）碳或古代的（死）碳。例如，從老樹的心切出的一塊木可能含有活的樹液。如果樹液是用有機的溶劑（從死的石油構成）提煉出來的，便可能有微量的溶劑留在被分析的部分之內。埋藏已久的煤炭也許被活植物的小根所穿透。或者它被古老得多而不易除去的瀝青質所染污。活的貝類曾被人發現含有埋藏已久的碳酸鹽，或者所含的碳酸鹽從隱藏了數千年的海洋深處被上沖的海水浮出的。這些東西能使樣本的年代看來比真實的年代或多或少。
放射性碳鑑定年代的學說最嚴重的弱點是假定碳14在大氣中的水平從古至今都是一樣。首先，放射性碳的水平有賴於宇宙射線產生這種物質的速度。宇宙射線的強度有時相差很遠，地球磁場的改變對它影響極大。太陽的磁暴有時使宇宙射線增強千倍達數小時之久。地球磁場在以往數千年也有較強或較弱的時候。自有核爆以來，碳14在普世的水平已增加了不少。
另一方面，碳14的比例也受到空氣中穩定碳的含量所影響。大火山爆發使穩定的二氧化碳大量增加，因而稀釋了放射性碳。在上個世紀，人類使用化石燃料——特別是煤和石油——以致大氣中二氧化碳的永久含量增加到前所未有的程度。（關於這方面的詳細資料和碳14時鐘的其他不準確之處，可參閱1972年4月8日的英文《儆醒！》）
樹木年代學——從樹木年輪的增長鑑定年代
由於面對上述各種重大弱點，使用放射性碳測量法的人已轉而求助於樹木樣本以定準年代，方法是計算樹木的年輪，特別是芒松的年輪。芒松在美國西南部已活了數百年甚至數千年。這門學問稱為樹木年代學。
因此放射性碳時鐘已不再被視為可以計算絕對準確年代的工具，它只可作為衡量相對年代的工具而已。為了探測正確的年代，放射性碳鑑定的年代要受年輪計算法所糾正。放射性碳衡量的結果稱為「放射性碳鑑定年代」。藉著以樹木年輪為根據所作的曲線測量，絕對的年代就可以推斷出來。
在芒松年輪所能追溯的年代範圍內，這個方法是可靠的。但現在發生的難題是，最古老的活樹也只能追溯到公元800年。為了擴大鑑定範圍，科學家試圖從附近發現的枯木作厚、薄年輪交疊的方式來平均計算。藉著以17根落木殘幹來互相印證，他們聲稱鑑定的年代可以追溯到7,000年以上。
但年輪標準也不是全無難題的。有時科學家們不知道某根枯木究竟屬於哪個時代，那麼他們怎樣行呢？他們於是用放射性碳測量器去測度枯木的年代，以之作為指南去找到合適的位置。這使人想起兩個跛子只有一根拐杖，他們輪流使用，其中一人要靠在同伴身上一會兒，然後反過來幫助同伴站起來的故事。
我們不禁納罕，散落的枯木怎能奇跡地在露天地方保全這麼久。枯木看來會被豪雨沖走或被過路者拾起當柴來燒或作別的用途。什麼防止它腐爛或被蟲侵蝕呢？誠然，一棵活樹可能經得起時間和風雨摧殘，有時可以活到千年以上。但枯木又如何？保全到六千年之久？看來實在難以令人置信。但這便是較古老的放射性碳鑑定法以之為根據的東西。
可是，放射性碳專家和樹木年代學家們卻不理會這些疑問，並且掩飾了鴻溝和矛盾之處，雙方均對妥協表示滿意。但他們的顧客——考古學家們——又如何？考古學家未必時常對他們寄出的樣本所獲得的年代鑑定樂意接納。其中一人在烏普沙拉會議中表示意見說：
「碳14鑑定的年代若支持我們的理論，我們就把它列入本文裡。衝突的地方若不大，就把它列入注腳中。若是完全『脫節』，就把它乾脆棄掉。」
有些考古學家仍懷有這樣的感覺。對於一項被認為標明馴化動物的最早時期的放射性碳年代鑑定，一位考古學家在最近寫道：
「對於只因為放射性碳年代鑑定出自『科學』實驗室就認為立刻有用，考古學家［越來越］採取審慎態度。對於哪種方法、哪種實驗室、哪種半衰期價值和哪種測定方法最為可靠的問題越感混亂，我們考古學家就越不願一味毫無疑問地接納向我們提供的『年代鑑定』。」
但供應鑑定年代的放射化學家卻反駁說：「我們寧願處理以穩確衡量為根據的事實——而非時下流行或基於感情的考古學。」
如果科學家對於這些追溯人類古史的年代鑑定的價值意見分歧得這麼厲害，外行人對於據稱基於科學「權威」的消息報導——例如本系列文章在起頭所引述的消息——表示懷疑豈不是可以了解的嗎？
碳14的直接計算法
放射性碳鑑定法的近期發展是，不僅計算從原子衰變所發出的β射線，同時也計算小型樣本裡的所有碳14原子。這種方法在計算只有極微量的碳14遺留下來的遠古樣本時特別有用。平均來說，100萬碳14原子中每3天只有一個原子衰變。如果衡量遠古的樣本，要累積足夠數目的原子衰變去辨別放射性和宇宙線的背景是件冗長乏味的事。
可是，如果能夠現在就計算所有的碳14原子而不必等待其衰變，敏感度就可以增至百萬倍。這樣行的方法是在磁場中彎曲一束含有陽電荷的碳原子，從而把碳14從碳12中分別出來。較輕的碳12被迫進入一個較狹窄的圈子裡，較重的碳14則從裂縫進入計算器裡。
這種方法雖然比計算β射線較為複雜和昂貴，但優點是試驗所需的物質數量減少千倍。此法在鑑定罕有的古抄本和藝術品方面頗有用，因為這些東西是無法削去若干克作為樣本在試驗過程將其毀去的。現在，重量只有幾毫克的樣本也可以鑑定了。
有人建議用此法鑑定杜林的裹屍布，有些人相信這塊布是裹著耶穌屍體下葬的東西。放射性碳鑑定年代若表明該布沒有那麼古老，就能證實懷疑者認為裹屍布是個騙局的主張了。直至現時為止，杜林的大主教還不肯捐出一塊樣本去作鑑定，因為他不願切出其中一大塊。但若使用新法鑑定，一平方公分的布就足以斷定全塊布究竟是耶穌的時代抑或是中古時代之物。
無論如何，較大的難題若不獲解決，試圖擴大鑑定的年代範圍就不會有什麼意義。樣本越古老，就越難確定它是否完全不含微量的新碳。要靠測量去鑑定的東西若屬數千年以上之物，就越難知道古代大氣層所含的碳14水平。
有人研究過鑑定古跡的若干其他方法。好幾種方法與放射性有間接關係，例如鈾裂變測量法和放射性光圈測量法。有些方法牽涉到其他過程，例如從冰河流出的河川去測量紋泥（沉積層）的沉積率以及黑曜石製品的水化作用等。
氨基酸的外消旋
氨基酸的外消旋是為人所用的另一個年代鑑定法。但「外消旋」是什麼意思呢？
氨基酸屬於碳化合物類，它有四組不同的原子附在中央的碳原子之上。以整體而論，各組原子的四面體安排使分子成為不對稱的形狀。各分子以兩種形式存在。它們在化學成分上雖然相同，但卻是互相對照的。且以一對手套作為簡單的比喻。兩隻手套的大小和形狀相同，但一隻只合右手，另一隻只合左手。
其中一種化合物的溶液會使一束偏光折向左邊；另一種化合物的溶液則使光旋向右邊。化學家把較簡單的化合物綜合成氨基酸，就能獲得同等數量的兩種形式的分子。它們互相抵消對方從偏光所生的作用。這稱為外消旋混合物，左邊和右邊的氨基酸以同等分量存在於混合物裡。
活的植物或動物所含的氨基酸化合物只有一種形式，通常屬於左邊或L（左旋）形式。這樣的化合物在加熱後，熱力的刺激將其中若干分子從左邊形式轉成右邊（右旋）形式。這種改變稱為外消旋。加熱的時間若夠長，就產生同等數量的左旋和右旋形式。這樣的過程特別令人感興趣，因為它像放射性碳年代鑑定一樣與生物有關。
在較低的溫度之下，外消旋的速度較慢。慢到什麼程度視乎轉折分子所需的能量而定。這種作用按照一項著名的化學定律，稱為阿瑞尼阿斯(Arrhenius)方程式，而發生。氨基酸若越來越冷，反應便越來越慢，直至達到普通溫度就沒有任何變化發生。但我們仍然可用這項方程式去計算它改變得多快。結果發現，典型的氨基酸若達到外消旋狀態，到左邊和右邊的氨基酸兩者以同等數量出現，就可能需時數千年。
以此法鑑定年代的理論是：例如，一塊骨頭若埋在地下沒有受到干擾，骨裡的天冬氨酸（晶化了的氨基酸）就逐漸產生外消旋作用。在很久之後把骨掘出，除掉和淨化那遺留下來的天冬氨酸，將它的極化程度與純左旋的天冬氨酸比較，我們就可以估計骨頭在多久之前曾是活著的生物的一部分。
氨基酸的衰變曲線和放射性元素的相似。每種氨基酸都有其獨特的衰變率，正如鈾衰變慢於鉀衰變。然而，值得留意的一項重要差別是：放射的速率不受溫度影響，但外消旋是化學反應，因此顯然受溫度所影響。
在採用外消旋方法的事例中，最受宣傳的事件之一是用此法測量在美國加州海岸發現的人骨化石。這具稱為戴爾瑪(Del Mar)人的化石以此法鑑定為4萬8,000年前之物。另一具女性骨骼在太陽谷附近出土，鑑定為甚至更古老之物；它的驚人年代是7萬年！這個年代數目不但在報界，而且在古生物學家當中轟動一時，因為沒有人相信在那麼遠古的時代已有人住在北美。有些人猜測在10萬年前便有人也許從亞洲渡過白令海峽進入美洲。但這種新奇方法所鑑定的年代準確到什麼程度呢？
為了獲得答案，研究者以放射方法作了多次試驗，方法牽涉到鈾和鉛之間的中間衰變產品，因為它們的半衰期適合這個年代範圍。試驗表明戴爾瑪骨為1萬1千年前之物，在太陽谷所掘出的骨頭卻只有8,000或9,000年歷史。事情顯然有點不妥。
用外消旋方法鑑定年代的不可靠是由於不知道樣本的溫度歷史。正如以上所述，外消旋的速率對溫度極之敏感。溫度若高於攝氏14°（華氏25°），反應便會快10倍之多。有誰知道骨骼在以往這麼多年間經歷過什麼溫度呢？它們在加州的炎熱太陽之下經過了多少個夏天？抑或曾否經歷過營火或森林大火？除了溫度之外，其他因素也會大大影響到反應率——例如PH（酸度）。一項報導說：「在沉積物中氨基酸的初步外消旋作用比在類似的PH和溫度中游離氨基酸的外消旋率幾乎快（10倍）之多。」
事情並非到此為止。在太陽谷發現的骨頭之一受到放射性碳試驗，包括從衰變的原子中計算β射線微粒以及較新的原子計算方法。這些鑑定法在大體上獲得一致的結論：平均年數只有4,400年！
我們相信什麼才好呢？顯然有些答案十分錯誤。既然放射性碳鑑定法使用的經驗較久，我們應該信任它嗎？但即使這樣，從同一骨骼切出的不同樣本，其鑑定年代也相差3,600至4,800年之多。或者我們應該承認，正如以上曾引述的一位科學家所說一般，「也許它們盡都錯了。」
［第14頁的精選語句］
據現時所知，放射性碳時鐘可以犯多種錯誤
［第13頁的附欄］
僅在一年之前，《科學新聞》週刊以「『早期』工具的新年代」為題報導說：
「四件人造的骨製品曾被認為是3萬年前北美已有人居住的證據，它們其實最多只是3,000年前之物，英屬哥倫比亞西門弗雷澤大學考古學家納爾遜(Earl Nelson)和他的同事在5月9日的《科學》雜誌報導說……
「從同一骨頭的兩種碳樣本估計所得的年代，其差異之處可說是相當大。例如，用來剝取獸皮的『剝刀』起初以放射性碳鑑定的年代是2萬7,000年前的古物，但現在已修正為只有1,350年左右的歷史。」——1986年5月10日。
［第15頁的圖解］
（排版後的式樣，見出版物）
碳14（或外消旋的天冬氨酸）隨著外界情況而變化
宇宙線的變異
碳14
氣溫的變化
天冬氨酸
［第16頁的圖解］
（排版後的式樣，見出版物）
活的天冬氨酸
COOH C NH2 H CH2COOH
死的天冬氨酸
HOOC C H2N H HOOCH2C