地球上每一个生命体都是基于四种元素构建的，其中包括氢,氧,氮，或许更重要的是碳。英国物理学家、天文学家和数学家詹姆斯·金斯（-）曾经有句名言：宇宙中存在生命只是因为碳原子具有某些特殊的性质。
碳就是生命，碳还是人类如何活着，地球如何适宜居住的基础，它几乎和所有的东西有关。自从化学家80年前发现了长寿命的放射性同位素碳-14以来，人类就有了一种神奇的工具，可以深入探究地球上存在的几乎所有方面，甚至还能探索宇宙。
更通俗的说，地下出土的古物，科学家可以通过放射性碳年代测定法确定它的历史年代。今天地球现存的生命也可以采用碳14年代测定法。
就在本周，生物学家刚刚通过这个方法确认了一条大嘴牛胭脂鱼的年龄，此前已知该该物种的最大寿命是26岁，然而研究人员却通过该技术确认了一条寿星牛胭脂鱼的年龄高达岁，这也使得大嘴牛胭脂鱼成为了迄今为止已经的最古老的淡水硬骨鱼。具体操作中，研究人员将试验中鱼的碳14含量与20世纪中期原子弹试验中释放的碳浓度进行了对比，确认了5条大嘴牛胭脂鱼的岁数过百，其中一条20斤重的鱼以岁高龄打破记录。
由于碳14的衰变可以用于追踪时间的流逝，因此它掀起了一场20世纪科学领域的革命，覆盖了生理学、生物化学、考古学、地质学、生物医学、海洋学、古气候学、人类学以及核化学等多个不同的科学领域。碳原子作为死亡时间标记的发现几乎为所有科学领域做出了贡献，然而很多人却不知道，这个革命性的突破研究在当时却差一点就夭折。
环境研究员约翰·马拉在最新出版的《热碳:碳14和科学革命》中高度评价了碳-14的发现。《热碳》以化学家马丁·卡门的非凡故事开始。
卡门出生在加拿大，父母是俄罗斯移民。年2月，卡门试图在加州大学伯克利辐射实验室制造一种新形式的有实际用途的碳同位素。
当时马丁·卡门已经连续三天三夜没有睡觉，他和同事萨姆鲁本用亚原子粒子轰击一片石墨。2月27日凌晨，在收集了足够多的用于测量同位素的辐射石墨后，精疲力竭的卡门摇摇晃晃地走出了他的实验室。此时的他，睡眠严重不足，迫切需要休息。满脸皱纹，红着眼睛，蓄了三天的胡子，样子看上去十分糟糕。这个憔悴样，您是不是联想起拾荒者或者嫌疑犯？
事情就是这么不幸，伯克利警方当时正在追捕一名犯下数起谋杀案的逃犯。当警察们注意到蓬头垢面的卡门时，他们立即把他控制起来，然后塞进巡逻车的后座，并以杀人嫌疑人的身份审问他。因此上个世纪进行的一项最具革命性的研究，差点在其首席科学家被控谋杀时流产了。
直到目击者明确表示卡门不是警方追捕的那个人，他才得以释放，于是他急不可待地回到加州大学的辐射实验室，他的同事萨姆·鲁本已经对收集的样本进行了细致分析，发现它具有可测量的放射性。没过多久，他们就意识到他们已经制造出了一种具有非凡性能的物质。因此碳14C的故事以一种高度戏剧化的手法开始了。
在此前的研究中，由于这种重碳的半衰期原本预计只有几分钟或几小时，所以被科学家们列为低优先性。然而卡门和鲁本的努力证明了碳14将在几千年的时间里保持稳定，几年后科学家确定碳-14的半衰期是年。
约翰·马拉的新书中这样描述此次发现：年2月27日那个阴郁的夜晚和早晨，碳-14诞生了，它可能是地球上生命中最重要的同位素。自此之后这种物质革命性地改变了多个不同科学领域的研究。
碳14的原子核中有6个质子和8个中子。相比之下，我们身体和外部世界的大部分碳被称为碳-12，它只有6个质子和6个中子。至关重要的是，碳14的这两个额外的中子使碳-14原子核不稳定，从而会使其放射性衰变为氮原子。碳14非常罕见，只有1万亿分之一的碳原子是碳14。更为重要的是，这些衰变相对来说并不频繁，因此可能用来测量数万年来碳样本的变化。
正如马拉在这段非凡的碳-14历史中所揭示的那样，科学家们很快意识到这种同位素一定会影响今天的生物。宇宙射线撞击高层大气层，在空气中发射出中子级联。这些中子撞击地球大气的主要成分氮原子，并将其中一些转化为碳14原子。反过来，这些原子与氧气结合产生放射性二氧化碳，被植物吸收，然后被动物吃掉。地球上的每一种生物因此都变得具有放射性，尽管只是轻微程度的。
碳-14的发现很耀眼，但其他科学家，研究机构和偶然的发现，同样对于碳-14的价值发现有很重要的作用。以年诺贝尔化学奖得主芝加哥大学的威拉德·利比为例，他开发了放射性碳年代测定法。
利比是参与曼哈顿计划制造第一课原子弹的化学家。他意识到碳-14所产生的放射性物质可以被充分利用，当一个有机体死亡时，它将停止吸收碳，包括碳14，而它现有的碳14村村将慢慢腐烂。因此通过测量取自生物体的样本的放射性，可以估计其碳14的含量，并且可以测量其死亡时间。追溯死亡事时间对于考古学和古生物学来说，这将是革命性的变化。
利比小心翼翼地校正了他的探测器，并开发出一种方法来屏蔽任何穿透他实验室设备墙壁的辐射，从而解决了这个问题。然后他通过比较来自两个截然不同来源的含有碳的甲烷气体样本，为他的技术提供了最终验证。其中一个样本提取自天然气，天然气是一种化石燃料，其碳14应该很久以前就衰变了。第二个样本来自巴尔的摩市污水系统，是从人类粪便中提取的。利比推断，它应该富含有人类刚刚产生的碳14。接下来的检测结果正是他所发现的，古甲烷代不含有碳14。相比之下，人类新排出的甲烷的同位素含量相对较高。约翰·马拉形容这个实验的发现时说:下水道里的人类排泄物推动了科学的发展。
利比然后通过测量一系列已知古代有机样品的放射性，来最终证明他的年代追溯技术的可行。其中包括来自辛努塞尔特三世的埃及葬礼船的木材，包裹死海卷轴的亚麻布，还有在摧毁了庞培古城的火山喷发中“煮熟”的面包卷。这些物品的放射性测量结果与他扫描过的物品的已知日期完全吻合。
这是一项伟大的事业，利比因此获得了年的诺贝尔化学奖，尽管从某种意义上说，他很幸运。利比假设大气中碳14的生成速率在过去的数万年里是恒定的，然而事实上由于太阳黑子活动的变化、大气层核弹试验和化石燃料二氧化碳排放量的增加，其变化相当大。科学家们现在意识到，虽然放射性碳年代测定法的基本依据正确。在估算年龄时必须仔细考虑这些因素。
最近放射性碳年代测定法已经从简单地测量碳-14原子核的放射性，转变为直接计算样品中同位素的原子数。这是通过一种叫做加速质谱(AMS)的技术完成的，这种技术使科学家能够从最小的样本中确定骨骼、人工制品和其他碳基物品的年代。AMS技术是一个巨大的进步，仅仅只需要几毫克物质就可以测定年代，而不需要分析几克。
通过这种方式，AMS的开发人员引发了一场始于上世纪60年代的年代测定革命，而之前考古学的发现也面临新技术的挑战。一个涉及碳14使用的例子推翻了过去西欧文化始于中东并随着农业的发展向西方慢慢传播的观点。
放射性碳年代测定法揭示了一幅截然不同的图景，表明英国、法国和中欧的新石器时代文化一定是独立进化的。后来这项技术被英国、瑞士和美国的实验室用于测定都灵裹尸布所用亚麻的年代，有些人认为这块布是耶稣被钉死在十字架上的裹尸布，上面印着一个长着胡须的男人形象。然而科学家们仅仅只使用了几块布料碎片，就追溯其年代为公元年至年。
多年来，碳14的使用已经远远超出了确定古代文物年代的范围。为了测试药物的安全性和有效性，可以给药物贴上碳-14的标签，并在药物通过人体时跟踪观察。其他研究人员利用同位素追踪植物将二氧化碳转化为糖的过程，揭示了支撑光合作用的复杂过程。此外碳14还被用来研究浮游生物和其他形式的海洋生物，揭示了海洋的水是如何在一个环绕地球的巨大的相互连接的洋流网络中循环。鱼的碳含量会记录下它吃了什么，反过来又会反映出周围水的化学成分，水质会受到海洋混合方式的影响。
此外，碳14在揭示地球气候如何在数万年的时间里发生变化方面发挥着重要作用，随着科学家们对于碳排放的不断增加如何引发危险的全球变暖的理解日益增多，这项工作变得尤其重要。碳14正令人难以置信的将我们星球的现在与过去联系起来，同时又将帮助我们了解地球未来的发展方向。