วิลลาร์ด ลิบบี ผู้ค้นพบวิธีหาอายุวัตถุโบราณจากคาร์บอน-14

ก่อนปี 1949 การหาอายุของวัตถุโบราณอาจต้องอาศัยจารึกที่ระบุปีที่สร้างสิ่งนั้นๆ หรืออาศัยการเทียบเคียง เช่นพิจารณาลักษณะทางศิลปะกับวัตถุที่นักโบราณคดีรู้แน่อยู่ก่อน หรือเทียบจากชั้นดินในการขุดค้น (ชั้นบนก็ต้องใหม่กว่าชั้นล่างอะไรอย่างนั้น) ซึ่งหากวัตถุนั้นๆ ถูกพบอย่างโดดๆ หาจุดอ้างอิงใดๆ ไม่ได้เลยก็คงเป็นเรื่องยากว่าวัตถุโบราณชิ้นนั้นๆ มีอายุเท่าไหร่? ชีวิตของนักโบราณคดีเริ่มง่ายขึ้นในกรณีหาอายุของวัตถุโบราณที่มีองค์ประกอบทางชีวภาพ (เช่น ไม้ ซากศพ หรือกระดูกต่างๆ) เมื่อ วิลลาร์ด ลิบบี (Willard Libby, ค.ศ. 1908-1980) นักฟิสิกส์เคมีชาวอเมริกันได้ค้นพบวิธีหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสี ลิบบีเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ตั้งแต่ปริญญาตรีจนจบดอกเตอร์ด้านเคมี จบแล้วก็ได้สอนต่อที่สถาบันเดียวกัน จนปี 1941 เขาได้รับทุนกุกเกนไฮม์ (Guggenheim Fellowship) และถูกดึงตัวไปอยู่กับมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน แต่ก็ถูกสงครามโลกเข้ามาขัดจังหวะพอดี เขาจึงถูกส่งตัวไปอยู่กับหน่วยวิจัยสงครามของทางมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย โดยได้ร่วมงานกับเจ้าของรางวัลโนเบลสาขาเคมีอย่าง ฮาร์โรลด์ อูเรย์ (Harold Urey) ในโครงการแมนฮัตตันเพื่อพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ ซึ่งงานของเขามีความสำคัญอย่างมากต่อความสำเร็จในการผลิตอาวุธทำลายล้างที่รุนแรงที่สุดที่มนุษย์เคยพบเจอมา หลังสงครามจบลง (1945) ลิบบีจึงได้มาร่วมงานกับมหาวิทยาลัยชิคาโก ที่ซึ่งเขาได้พัฒนาวิธีการหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสีขึ้นมา ก่อนหน้านั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ทราบแล้วว่ารังสีคอสมิกจากนอกโลกคือตัวการที่นำพานิวตรอนจำนวนมากเข้าพุ่งชนอะตอมต่างๆ ที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ และด้วยความที่ในชั้นบรรยากาศมีไนโตรเจนอยู่กว่า 78% เมื่อไนโตรเจนเหล่านี้ซึมซับเอานิวตรอนเข้ามาก็ทำให้มันสลายตัวกลายเป็น "คาร์บอน-14" ไอโซโทปที่ไม่เสถียรของคาร์บอน (คาร์บอนส่วนใหญ่ในธรรมชาติคือ คาร์บอน-12 ซึ่งมีความเสถียรด้วยมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน) ลิบบีได้ข้อสรุปขึ้นมาว่าคาร์บอน-14 น่าจะเหลือร่องรอยอยู่ในก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ เมื่อพืชดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อสังเคราะห์แสงเอาไว้ มันก็จะต้องมีคาร์บอน-14 ปะปนอยู่ด้วย เมื่อคนและสัตว์กินพืชเข้าไปอีกเป็นทอดๆ สิ่งมีชีวิตทั้งหลายจึงต้องมีคาร์บอน-14 สะสมอยู่ เมื่อพืช สัตว์หรือคนตายลง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก็จะหยุดซึมซับเอาคาร์บอน-14 เข้าไป ขณะที่คาร์บอน-14 ซึ่งสะสมอยู่ก่อนก็จะค่อยๆ สลายตัวด้วยอัตราที่คงที่เพื่อให้อะตอมเข้าสู่สภาวะเสถียร นั่นจึงทำให้เราสามารถคำนวณอายุจากซากชีวภาพได้ (Britannica) ทฤษฎีของลิบบีเริ่มปรากฏเป็นข่าวในปี 1947 ก่อนที่เขาจะออกมาแถลงถึงวิธีการดังกล่าวอย่างเป็นทางการหลังการตรวจสอบอย่างมั่นใจแล้วในปี 1949 โดยลิบบีพิสูจน์ทฤษฎีของเขาด้วยการเอากระบวนการดังกล่าวไปใช้กับวัตถุโบราณที่ทราบอายุอย่างแน่นอนอยู่ก่อนแล้ว เช่น ต้นไม้ที่รู้ปีที่ล้ม หรือไม้จากโลงศพมัมมีฟาโรห์ของอียิปต์ ซึ่งจากการทดสอบด้วยการวัดระดับคาร์บอน-14 ในซากพืชซากสัตว์จากทั่วโลกพบว่าค่าความแปรปรวนที่พบมีน้อยมาก และ ณ ขณะนั้นเขาก็มั่นใจว่าวิธีการนี้จะช่วยตรวจสอบอายุของวัตถุที่มีอายุถึง 15,000-20,000 ปี ได้อย่างแม่นยำ ก่อนที่พัฒนาการในช่วงเวลาต่อมาจะทำให้กระบวนดังกล่าวสามารถใช้ตรวจสอบช่วงอายุของวัตถุโบราณได้กว้างขวางยิ่งขึ้น (The New York Times) การค้นพบวิธีการดังกล่าวถือเป็นก้าวสำคัญในวงการโบราณคดี ทำให้ผู้เชี่ยวชาญสามารถบอกอายุของวัตถุโบราณที่ไม่ทราบอายุที่แท้จริงมาก่อนหรืออาจมีเพียงข้อสันนิษฐาน (ซึ่งอาจจะผิด) เหมือนเช่นกรณี "ผ้าห่อศพแห่งตูริน" ที่ชาวคริสต์ไม่น้อยเชื่อกันว่ามันคือผ้าห่อศพพระเยซู ซึ่งควรมีอายุกว่าสองพันปี แต่จากการพิสูจน์ด้วยคาร์บอน (ปี 1988 หลังลิบบีเสียชีวิตไปแล้ว) กลับพบว่ามันมาจากยุคศตวรรษที่ 13 หรือ 14 หรือมีอายุเพียงไม่กี่ร้อยปีเท่านั้น สอดคล้องกับช่วงเวลาที่มันถูกพบเป็นครั้งแรก และจากความสำเร็จในส่วนนี้ก็ทำให้ลิบบีได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีไปเมื่อปี 1960 ทั้งนี้ ในปัจจุบันการหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสี ยังคงเป็นวิธีการที่มีความน่าเชื่อถือสูงสุดวิธีการหนึ่ง แต่การที่มนุษย์ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างมหาศาลในแต่ละวันอาจทำให้วิธีการที่ลิบบีค้นพบกลายเป็นเรื่องยุ่งยากและคลาดเคลื่อนได้ เพราะความที่มนุษย์กลายเป็นผู้สร้างคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาเชื้อเพลิงเป็นปริมาณมาก ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ "ใหม่" มีปริมาณเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่คาร์บอน-14 ที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศนั้นเป็นไปอย่างช้าๆ ด้วยเหตุนี้เองโอกาสที่พืชยุคใหม่จะได้ซึมซับเอาคาร์บอน-14 ก็จะมีสัดส่วนที่น้อยลงไป การคำนวณอายุจึงอาจผิดไปจากความเป็นจริงได้หากยังคงใช้สมการเดิมๆ (Smithsonian)