李伯谦所言不虚，如果没有14C测年技术的支持，要想进行远古文明的准确断代几乎是不可能的。正因为如此，夏商周断代工程在启动之初，就将14C测年技术列于工程的课题之中，并且将这门技术看成工程成败的最为关键的项目之一。

14C测年技术是放射性碳素断代技术的简称。自1949年这项技术发明以来，已成为现代考古学应用最为广泛的一种测定年代的方法。这种技术应用于考古学之后，使全世界的史前年代学研究进入了一个崭新的阶段。为此，学术界将14C测年技术的发明和应用称为“放射性碳素的革命”。

要对14C测年技术原理做简单明了的介绍，并不是件容易的事情。其基本原理是：宇宙射线同地球大气发生作用产生中子，中子又同大气中含有的氮（氮14）发生核反应，从而产生了放射性同位素碳14（14C），14C与氧结合形成14CO2，并牢固地混合于空气的二氧化碳中。在地球上生存的植物通过光合作用，会不断地从大气中吸收包括14C在内的二氧化碳。由于人和动物都直接或间接地依赖植物生存，因此所有生物体内都含有14C，并且这种14C的浓度与当时大气中14C的自然浓度维持着一种平衡关系。但是，生物体一旦死亡，机体与大气之间的循环交换立即停止，体内残留的14C便不再有新的补充，只能按衰变规律减少。按照已知的衰变规律，科学家精确地计算出，14C是按照每5730年衰变一半的时间节律自行与日递减。因此，无论是植物还是动物，当机体死亡之后，只要测出标本中14C减少的程度，就可以推算出其死亡的年代。换言之，一切死亡的生物残体中的有机物以及未经风化的骨片、贝壳等都可以用14C来测定具体年代。1949年3月，当《科学》杂志公布了第一次利用放射性碳素测定的年代数值时，立即引起了整个考古学界与地质学界的瞩目，人们在称赞这项新的重大科学发明取得成功的同时，也向它的创始人利比教授投去了敬佩、感激的目光。

从中国14C测年专家仇士华、蔡莲珍所做的介绍中可知，利比（1908—1980年）早年在美国著名的贝克莱实验室从事开创性的放射性研究工作，他是美国最先设计制作G-M计数管和BF3计数管的科学家，在从事计数管的研究中，他发现了许多放射性同位素。1936年，当科学家卡门利用加速器粒子轰击发现并分离鉴定了放射性同位素14C时，利比就敏锐地注意到了这门新兴的科学。1939年，另一位科学家柯夫精心研究宇宙射线和大气的相互作用后指出，宇宙射线中子的最终产物是14C，并计算出自然的14C产生率为0.8个/cm2/s，利比对这项研究给予了高度关注，并同柯夫进行了一段时期的合作。就在这个时期内，利比的脑海中形成了要利用自然14C来测定古物年代的伟大构想。第二次世界大战期间，利比前往哥伦比亚大学，参与并解决了热扩散浓缩铀同位素技术中的关键问题。二战结束后，利比出任芝加哥大学教授，开始将他心中酝酿已久的伟大构想付诸实施。在这段过程中，他首先从理论上证明自然界14C的普遍存在并达到平衡状态的真实性，同时从实验中提炼出14C开始的时候，利比对研究的目的守口如瓶，秘而不宣，但为了寻求经费的支持，经过再三考虑，他才于1946年圣诞晚会上将目的透露出来。消息传到考古学界，立即引起了具有远见卓识的维金基金会主持人的重视，基金会主动为他提供了科研基金。在这笔丰厚资金的支持和众多考古学家的鼓励下，经过三年的努力，利比终于顺利地解决了14C年代测定的理论和实验问题，成功地创建了14C年代测定方法，这一方法逐渐为考古学界、地质学界所接受，从而成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具。为此，利比荣获了1960年诺贝尔化学奖。

随着时间的推移，14C测年技术在考古学界和地质学界取得了一系列令人瞩目的成果，它使全世界几万年来的历史事件和地质事件有了统一的时间尺度，对欧洲史前年代序列的建立起了革命性的作用，世界各地的新石器时代考古学也因有了确切年代断限和年代序列而进入了一个新时代。如美洲最早的文化遗迹，原考古学界、地质学界大都认为具有2.5万多年的历史，经14C技术测年之后，发现距今只1万年左右，也就是说在这个历史时间段中，美洲才有人类开始文化活动。北美洲的威斯康星冰期的曼卡托分期年代的情况也同以上基本相同，考古学家、地质学家原认为是发生在2.5万年以前的事，后通过对冰期堆积层中提取的5种树木标本的14C测定，发现其年代也只有1.1万年左右。于是有科学家以此推断，“美洲的最初殖民，是在冰河北退后由亚洲经白令海峡迁移过去的，因为北美洲的这最后一次冰河的最后一个分期和欧洲北部属于一个时代，后者的年代曾被14C测年所证实，这个问题的解决，无论是对史前考古学还是地质学而言，都是一件极其重要的大事”。关于日本新石器文化的开始问题，有学者认为可以早到公元前3000年以前，但经过14C测年之后，发现并没有如此之长。另外还有一个奇例，在20世纪上半叶，日本学者大贺一郎在中国辽宁省大连市普兰店河畔一个古代沼泽泥炭层中发现了几十粒莲子，当时认为这个泥炭层可能属于第四纪更新世时代，在1万年之前。后来大贺一郎曾设法使他得到的莲子发了芽，整个学术界为之轰动。因为历史如此久远的莲子在泥炭中埋藏万年之后居然还能发芽，这不能不说是个奇迹。但后来经过14C的测定，大贺一郎发现的莲子不过距今1040年左右，在这个时间段之内，莲子发芽当然让人惊喜，但和以前认为的万年比起来，就不免让人感到有些失落。

科研人员正在用常规14C测年技术进行样本检测

当然，14C测年技术也不是尽善尽美和绝对的，它有自身难以克服的局限性。这个局限性主要表现在所测定的年代并不能精确到哪一年，其测量误差有一百年甚至几百年之大。这误差的出现，一方面与标本的年代远近有关，年代越远，误差也就越大。另一方面也和标本的纯粹程度、实验时间的长短有关。如果标本受到污染或混入时代较近的有机物，纵使如草根的残丝、细菌的粒点，都要影响到14C测年的准确度。如果地层不清楚，所采用的标本整个是近代的东西，那么所测结果自然也就和期待的数据大相径庭。如果在实验中计数的时间拉长，误差也可相应地减少。

人死后埋入地下，由于土层与环境等关系，导致14C测年存在误差

值得特别指出的是，由于各种原因，过去大气中的14C放射性水平不是恒定的，所以，利用统一的现代标准计算出来的14C年代并不是日历年代，只能称为14C年代。如何解决14C年代与日历年代间的关系问题并把14C年代转换成日历年代，这就要通过14C年代—树轮年代校正曲线来进行校正。

众所周知，树木在春季和秋季的生长速度不同，这样在树干截面上就形成疏密相间的年轮，轮与轮之间的距离称为轮距。树木的年轮自然地反映着树木逐年生长的树龄，如果找一段木头截面仔细观察，便发现一圈圈年轮的轮距并不均衡，而是时宽时窄，无一定的规律。这种原因和状况是由于水旱等气候条件造成的，如果某年气候温暖多雨，树木生长快，当年的轮距就较大。反之若某一年干旱少雨，气候干燥，树木不易生长，轮距也自然要小一些。这个现象体现在同一地区相同的气候条件下，同时生长的树木之中，其轮距的宽窄程度就更加接近和相同。又由于地球的气候变化每年都有不同，所以无论树木是生长百年还是千年，其轮距也不会机械而整齐地重复。因此可以说树木轮距的宽狭序列是记录其生长期间气候变化情况的图谱，这个图谱也是一部天然的气候编年史。

样品在一根炽热的试管中转变成二氧化碳

用盖氏计数器测量样品的残存放射性

如果要根据树木的轮距来判断它生长的年代，必须首先要建立该地区的标准轮距序列，建立这种序列最有效的方法是不同时间段轮距的衔接。例如有几棵依然存活的千年大树，根据它们的年轮情况就可以建立起1000年之内的标准轮距序列。在这个标准序列的基准上，再继续向前找，譬如找到了一棵有700年历史的古木，而这棵古木的外圈轮距中有200圈和已知的千年大树的内层轮距序列相同或相似，就可根据已经建立起来的原1000年的标准序列确切地定出这棵古木的砍伐年代，即700年—200年＝500年，再由1000年+500年＝1500年。这样，一个1500年的标准轮距就建立起来了。以同样的方法向前推进，标准轮距的序列就会越来越长。其衔接的方法如轮距衔接示意图所示。

这种树木轮距衔接的方法既简单又复杂，复杂的原因主要是对标本的搜集极其不易，但科学家们还是为此做出了努力也取得了很大的成果。如美国学者根据加利福尼亚地区长寿的刺果松，以及数百个考古遗址出土的木材，已衔接出从1万年前到现在的完整的树轮编年系列谱。除美国外，欧洲其他一些国家也建立了自己地区某些年代范围内的标准序列。从理论上和实际结果看，这些标准系列的年谱与日历年相吻合，其精确度可达几年，甚至一两年。

轮距衔接示意图

北京大学14C测年专家陈铁梅教授讲了一个颇为有趣的故事，故事的主人翁是美国学者道格拉斯，这位道格拉斯不仅对树轮研究做出了贡献，而且也是世界上第一个将这项研究应用于考古断代中来的人。在他与此相关的学术研究生涯中，曾有这样一个插曲。说的是某年的某日，道格拉斯在特拉比地区一个印第安人的遗址中发现了一个大木梯，根据木材上的轮距序列，他推算出木梯的一条腿是用公元1570年砍伐的木头制作而成的，而另一条腿是明显地断裂之后又重新接上去的一段木料，根据标准轮距序列推算，结果发现这段木料砍伐于1720年。因此他断定这架木梯始造于公元1570年，而于150年后的1720年因断腿而进行了修理。

当然，树木年轮断代法也有一些自身的局限，如对伪年轮或缺年轮的识别，树种的挑选，轮距序列的互校，某些树木的特殊生长环境以及地区环境、气候的差异等，都是造成实际操作中出现误差的原因。但如果把14C年代和树轮年代校正曲线互相校正，误差就小得多。因为树木每年生长一轮木质，每一轮木片的14C放射性水平代表了当年的大气14C放射性水平。树轮是可以数清的，它的年代同日历年代相当。树轮的14C年代可以通过测定得出。把树轮的14C年代作为纵坐标，而把树轮生长的年代作为横坐标，就可以得出一条14C年代—树轮年代的校对曲线。通过这条曲线就可以把测定样品的14C年代转换为日历年代。这就是一般所说的14C年代的树轮年代校正。

1986年，在第12届国际14C会议上，测年专家发表了几条高精度树轮年代校正曲线，14C年代误差缩小到只有正负10多年。几条曲线稍有差异，但总的趋势基本上是一致的，这就更有利于把14C年代校正到日历年代。因为大气中的14C交换循环相当迅速，因此树轮校正曲线原则上可以是全球通用的。如日本奈良古坟时期的一土墩墓中的一根木头，外皮保存完好，将其树轮连续取样测定14C年代，同高精度树轮校正曲线匹配拟合，确定出木头的砍伐年代是公元320±5年。这同古坟时期是相合的。如果木头砍伐的年代同该墓的建造年代一致，则该墓的年代就十分确定了。