التأريخ بالكربون المشع: بين التاريخ القديم و الفيزياء النووية

عملية حساب عمر المواد البيولوجية -مثلا الحفريات و العظام و البقايا الآدمية- فى الانتروبولوجيا و علم الاثار و نظرية التطور و حتى فى الشرطة العلمية يعتمد على اشياء كثيرة من اهمهما و اقدمها طريقة التأريخ بالكربون carbon dating....
علينا ان نفهم المبدأ الفيزيائى الذى تقوم عليه هذه الطريقة حتى نستوعب اكثر عندما يقال لنا مثلا ان الهيكل الفلانى عمره 10 الاف او 50 الف او 100 الف سنة و بعض البقايا قد تصل فى العمر الى 3 مليون سنة...
لكن فى هذه الحالة الاخيرة -ملايين السنوات- نحتاج الى طرق اخرى للتأريخ لان طريقة التأريخ بالكربون تعطى قيم يعول عليها و يعتمد عليها فيزيائيا و بالتالى تاريخيا الى غاية 50 الف سنة الى 100 الف سنة...
هذا لان طريقة التأريخ بالكربون تعتمد على ذرة نظير isotope الكربون المشع 14 التى يبلغ متوسط-حياتها mean-life حوالى 8267 سنة وهو الزمن اللازم حتى تتهافت نصف الكمية فى عينة معينة..
طريقة التأريخ بالكربون المشع تعتبر ثورة بأتم معنى الكلمة فى مجالات التطور و الانتروبولوجيا و الاثار و التاريخ القديم...وقد حاز الكيميائى ليبى Libby الذى طور هذه الطريقة على نوبل فى الكيمياء لعام 1960....
هذه الطريقة تعتمد على اول قانون فى الفيزياء النووية وهو قانون التهافت الاشعاعى radiocative decay المعطى بالمعادلة فى الصورة...
الثابت lambda الذى يظهر فى الاس يضرب الزمن t هو بالضبط مقلوب متوسط-الحياة و بالتالى فهو معروف...
نفترض الآن ان لحظة موت المادة البيولوجية هى صفر...ابتداءا من هذه اللحظة فان كمية الكربون المشع تبدأ فى النقصان..قبل هذه اللحظة فان الكربون المشع يتخلق فى الجو عبر تصادم الاشعة الكونية cosmic rays مع ذرات النيتروجين ..ثم يدخل الى النبات عبر التركيب الضوئي photosynthesis ..ثم يدخل الى الحيوان عبر أكل الحيوان للنبات ثم يدخل الى الانسان عبر اكل الانسان للنبات و الحيوان..
أما t فى المعادلة فهى اللحظة الحالية....
أما N فى المعادلة فهى عدد ذرات نظير الكربون 14 التى توجد فى العينة قيد الدراسة الآن...
أما N0 فى المعادلة فهى عدد ذرات نظير الكربون 14 عندما ماتت العينة البيولوجية..
اذن نحتاج ان نعرف N0 حتى تستطيع ان نحسب N...
نفترض عموما وهذا معقول جدا انه عندما ماتت المادة البيولوجية فان نسبة الكربون 12 -وهو النظير المستقر- الى الكربون 14 -وهو النظير المتهافت- فى المادة البيولوجية هى نفسها نسبة الكربون 12 الى الكربون 14 فى الجو...من هنا يمكننا ان نحسب N0 اى عدد ذرات نظير الكربون 14 فى المادة البيولوجية عندما ماتت...
بالتعويض ب N و N0 و lambda فى المعادلة اعلاه نحصل على الزمن t وهو الزمن الذى انقضى منذ موت المادة البيولوجية...