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耶稣的裹尸布与粒子加速器

2021-12-13 13:58     来源:北京邮电大学出版     粒子加速器质谱仪

意大利的都灵大教堂,因为珍藏有一件绝世圣物而名传遐迩。这就是相传公元一世纪耶稣遇难后包裹尸体的布幅。

棘手的难题

这块裹尸布,用亚麻织成,长约4.3米,供放在一个精致的盒子里,终年摆在教堂的圣坛上。

早在1357年,这块裹尸布在法国的一个教堂中展示,轰动了整个宗教界。此后600多年来,它一直受到虔诚信徒们的顶礼膜拜。后来,才辗转传至都灵大教堂。虽然有不少人,包括某些有名的大主教在内,对这块裹尸布先后产生过种种怀疑和提出过许多异议,认为它只不过是一件中世纪时由好事者精心伪造出来的赝品,根本就不可信。但是,这块布上印有明显的伤痕,连钉在手腕上的钉子和长矛刺进肋部的地方都留下了斑斑的血迹,同《福音》书中所描述的耶稣受难时的情景非常吻合。加上王公贵族一直对它奉若神明,至使许多怀有强烈宗教信仰的忠实信徒深信不疑,把它奉为至高无上的圣物,不许有一丝一毫的亵渎和不敬。

随着科学技术的发展,特别是考古技术的进步,促使不少人要求对这块布进行分析鉴别。但是,由于不允许对它作破坏性取样,所以目前的考古技术也无能为力。

至19世纪90年代,教堂才允许人们保持一定的距离对它拍照;直到1973年才同意从布上取下少量样品进行实验研究。

碳14断代的困难

对于含碳有机物亚麻的年龄测定,人们自然想到碳14测定法。

碳14测定年代的原理,是根据含碳有机体停止与大气交换后(对于动、植物来说就是死亡后),剩余的碳14含量来计算年代的。因为有机体与大气进行碳元素交换时,大气中含有碳14的比例与有机体中的碳14比例有一定的关系,有机体死亡后交换平衡被破坏了,有机体内的碳14就不断发生衰变而减少;碳14的半衰期为5730年,即它在有机体残骸内每经5730年后减少一半。依此类推,生物体死亡的年代就可以得到。

问题是怎样测量物体剩余的碳14含量?传统的方法是把样品碳化后,制成气体(如乙炔)或液体(如苯),再用闪烁探测器测量其中碳14的衰变率。碳14每次衰变放出一个β粒子,因此设法测量出单位时间内样品放射的β粒子数,就能知道衰变率,从而推算出样品的年代。不过,因碳14在地球上含量极少,它在碳元素中占的比例只有10的负12次方,而且每分钟仅发生13.5次衰变(每克),即平均每分钟放出13.5个β粒子,数量十分微少,加上仪器的探测效率又不是百分之一百,所以实际上能测到的β粒子数还迭不到这个水平。

在实际的测量工作中,因为一个生物体死亡后埋葬时间越久远,碳14衰变率将越来越小,放出的β粒子数就更少;所以要准确测量它,需要很长的时间或者大量的碳。实验表明,测量距今五千到一万年的样品,如果要达到统计误差只有1%的精度,至少需要测量1万个p粒子,那就意味着要纯碳1~10克(实际标本量更要大),连续计数1.5~15小时以上。

由此可见,尽管碳14测定年代法可以用来断定含碳有机物的年代,但对于不允许提供更多样品的耶稣裹尸布来说,它也无能为力。

加速器的协助

针对上述问题,人们对碳14方法提出重大改革,摒弃了测量碳样品中β衰变的方法,改为直接计数样品中的碳14原子。只要使碳14原子气化和电离,并使碳14离子加速后,就可能进行直接计数,而样品只需少量就成。

人们考虑的是应用粒子加速器协助。因为加速器可以使粒子获得比质谱仪所能提供的高得多的能量,一旦让这些离子获得很大的能量,即使是像碳14和氮14那样荷质比相同的离子,也会由于具有不同的电离率而在穿透另一种被电离物质时反映出不同的能力(即穿透距离有长有短)。美国加利福尼亚大学的劳伦斯实验室在加速器中用氙气作为介质,因为氮14对氙气的电离率大,它被加速而获得的能量全部花在电离氙气上,因此没有能力穿透氙气层,而碳14对氙气的电离率小,加速后获得的能量没有花在电离氙气时丧失精光,所以依靠这些能量可以穿过氙气层。这样,设置在氙气密室之后的计数系统所记录下来的,自然全是碳14离子的了。

另外,如果采用串联式范德格拉夫加速嚣,就不需要氙气密室这样一类离子甄别器了,因为这种加速器加速的只是碳14而不加速氮14。因此,对测定年代来说,它更加简便、优越。

几乎无损的鉴别

在鉴定珍贵文物的技术中,通常采用各种物理和化学分析方法来研究古代文物中物质的成份和结构状态,或探测它有否修补拼接,从而估计它的真伪,或推断它的年代。但迄今为止,所有的方法都不够完备,要么需要取一定数量的样品,这是文物保存中最忌讳的;要么只能提出一些疑点。并不能区别真伪;要么就是不能测定年代,或测不到比较精确的年代。目前正在研究中的加速器测定文物年代的方法,也许是最理想的方法之一了。它与传统的测量放射性衰变率方法相比,样品数量只需原来的一千分之一,只要几毫克的样品就成,可以做到几乎无损。而它的精确度相当高,例如距今5000年的样品,用传统的碳14方法测得的年代,误差约150年,用加速器协助直接计数测得的误差只有10年。这种新技术使碳14测4定年代方法可测的最长年限(目前为4万年)扩大到10万年左右。新技术测量花费的有效时间,可大大缩短。

美国罗彻斯特大学的高夫在1979年宣称,他们应用串联式范德格拉夫加速器技术,可以做到仅用裹尸布上的一根20厘米长的亚麻线,就能对裹尸布的年代进行鉴别,其精确度为误差±150年,甚至还可以更精确些。无论什么时候,只要有标本,都可以进行试测。

不要很久,只要有关当局同意提供一根亚麻线,这块神秘的布究竟是何物,就将真相大白了。

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