写在前面的话 by木头老师

　　我是王木头，一位北京大学的硕士，学的是计算机，是一个典型的理工男，也是科普爱好者。

　　毕业后随着自己的努力，对工作和生活开始有能力掌控，但是结婚以来，心中始终有一份焦虑，那就是对孩子的教育。

　　很多家长都在自己专业的领域得心应手，但是面对孩子各方面的好奇心，却无法应对。有的人未雨绸缪，为孩子买了学区房，给孩子报了最好的学习班。

　　而我却做了另外一个选择，不是将孩子的未来托付给别人，而是将他们的教育作为自己未来的事业，追随着他们再成长一次，于是有了这个系列课程。

　　这一系列的内容是我按照《万物简史》这本书的知识脉络来讲的，涉及的内容非常广泛，从宇宙到恐龙，从黑洞到相对论，都是孩子们非常好奇的知识。在讲的过程中，我们并没有把书中的故事简单复述一遍，而更像是一个知识点详解，目的是帮助孩子独立阅读，而不是替他们阅读。当然没有书直接听，也完全没有问题。

　　来源：微信号“王木头讲科学”(mutouwuzi)

　　王木头：

　　小朋友们家长们大家好，这里是王木头讲科学的《万物简史》系列。

　　上次我们说到了考古的时候经常用到C14这种原子，可C14到底是什么呀？平时能见到吗？别着急，我们慢慢来解释。先问下一小朋友你们见过碳吗？我觉得大家是一定见过的，只是不知道那个就是碳罢了。我可以举几个例子。

　　第一个是煤炭，就是下面图上的黑色的石头。听名字就知道，煤炭煤炭，一定和碳有关系。没有错，它们主要就是由碳原子组成的，一般都会埋在地下，需要煤矿工人把它们挖出了。

　　煤炭是一种非常重要的燃料，现在的城市可能用的少了，我记得自己小时候家里面做饭需要烧火，全部都是用煤炭做成的蜂窝煤。这里也要告诉大家，其实煤炭也是一种化石。在很久之前的远古地球，当时陆地上全部都是大片的植物，它们死后被埋了起来，经过几亿年就变成了现在的煤炭了。

　　现在城市里面很少用煤炭了，可能有些小朋友只是听说过没有见过。下面我再说一个和碳有关的东西，这个大家一定都见过。这就是铅笔里面的铅笔芯。用来做铅笔芯的东西叫做石墨，也是有碳原子组成的。

　　小朋友们或许能发现，是不是凡是和碳相关的东西都是黑黑的。没有错，这是碳的一个主要特征，不过也有个别的东西例外，比如说钻石。

　　那这个和考古有什么关系呢？这就要说到碳对于我们生物的重要性了。小朋友们知道人的身体里面什么东西最多了吗？没错，就是水。人的身体有75%都是水。第二多的是什么你们知道吗？第二多的可就是碳了，有18%。其实不只是人类，所有的生物都少不了碳，碳是构成生物身体所必须的东西。

　　小朋友们想想看，如果我们拿一个树枝或是一块肉在火上一直烤会怎么样？直接用火烤还是比较危险的，小朋友们不要尝试了。不过我们总是见过妈妈做饭的时候把饭菜炒糊掉的样子吧。抄糊了的不论是蔬菜还是肉，是不是都是黑黑的？那就是因为炒菜的时候，火太大把食物里面的水都给烧了出来，留下了碳，所以看起来就是黑黑的。

　　说到这里还是和考古没有关系啊，大家别着急我们继续来介绍。考古的时候都是要去发掘一些遗迹的，只要在遗迹中发现了很久之前留下的植物和动物，比如说木头做的家具啊，古墓里的木乃伊啊。哪怕只有其中的一部分，都是含有很多的碳。

　　大部分的碳原子就是普通的C12，有6个质子6个中子。不过也有很少部分的C14，就有6个质子和8个中子了。我们也都知道了，C14是会衰变的，那样的话科学家们就可以根据他们里面的C14的衰变程度来推测出这个东西是什么时候制造出来的。

　　那么这些C14是哪里来的呢，又是怎么进入到动物和植物身体里的呢？这要从我们空气来说起来了。

　　空气是气体，会到处飘来飘去，有一些就会飞的很高，都快到了太空中去了。而到了这么高的地方，空气就会受到强烈的宇宙射线的照射。空气中有三分之二都是氮气，组成氮气的氮原子被宇宙射线照射后就会变成了碳14（氮原子被照射生成碳14）。

　　这些刚变成C14的原子会和马上和空气中的氧原子反应，就变成二氧化碳分子。因为二氧化碳常温下是气体，所以可以继续混在空气中。二氧化碳分子是由1个碳原子和2个氧原子构成的，就像下面这个图的样子。中间那个黑黑的是碳原子，两边红色的是氧原子。

　　就这样，碳14在宇宙射线的照射下不断的生成，而同时C14又会因为自己的衰变而不断减少，所以空气中的碳14的数量总的来说是比较稳定的，不会有太大的变化。

　　就有些像一个洗脸池中的水，生成C14就像是往里面注水，而C14衰变减少就相当于是这个水池里面的水还在往外流。因为流进去的水和流出水差不多一样多，所以洗脸池中的水始终是那么多没啥变化。

　　在地球上的生命，不论是动物还是植物都是需要呼吸的，每次呼吸都会和空气交换二氧化碳。所以只要动物和植物还是活着的，还在呼吸，那么身体里的C14的数量也就和空气中是差不多的。

　　不过不论是动物还是植物只要死掉了，那就不会继续呼吸，也就不会和空气交换和更新C14了，于是身体里面的C14只会是因为衰变变的越来越少。这样，科学家只要分析遗迹中的动物或是植物，哪怕只是它们身上的其中一部分，都可以根据C14减少了多少知道它们的死亡时间。

　　这么看来C14的确是一个好东西，那么用它可以来判断恐龙的死亡时间吗？恐龙也是动物啊，也是需要呼吸的啊，应该也可以吧。

　　很可惜，恐龙并不能用C14这种方便又好用的方法来判断，主要是因为恐龙生存的时代太久远了。而C14的半衰期只有5千多年，最年轻的恐龙也要在6500万年前，是C14半衰期的1万多倍，即使恐龙体内有C14也早就全部变成其他原子了，

　　看来要想知道恐龙化石的年龄，只能用别的方法了，这就要提到铀原子了。铀原子中有一种铀235，它的半衰期可以有7亿多年。铀235有92个质子和143个中子，加起来是235所以叫做铀235。

　　7亿年还是不够的话，还有铀238，它的半衰期可是可以到达惊人的44.7亿年。而且铀原子在地球的岩石中还是比较普遍存在的，所以通过铀原子，通过判断衰变情况，应该就可以判断化石的年龄了。

　　不过铀原子的半衰期虽然很长，但是测量它们却更加复杂。因为它并不是像C14一样，新生成的数量和衰变消失的数量可以达到平衡。也就是我们知道起始的浓度，那我们测量的时候，只要测量出现在还有多少C14，和起点时间的C14进行比较，那就可以知道减少了多少，然后也就知道了经过了多长时间。

　　而铀原子只有在超新星爆炸中才能产生，否则自然界中不会自己生成新的原子铀的。那这就是说我们失去了测量的起点，恐龙的死亡可能发生在衰变的任何阶段。即使我们测量出来岩石中铀原子的数量了，但是我们不知道恐龙死亡的时候衰变到什么程度了，也就没办法知道它减少了多少，所以也就没有办法知道恐龙的年龄了。

　　当然这些仍然难不倒科学家，最后他们还是找到了解决的方法。他们是如何解决的呢？我们在下次继续介绍。

　　好了，今天我们内容就到这里了。这次大家应该了解了C14在考古中的作用吧，那么为什么它不能用来测量恐龙化石的年龄呢？把你知道的知识讲给身边的朋友们吧，也要记得把我的音频分享给他们，让他们可以和你一起享受获得知识的快乐。

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