众所周知，空气的主要成分是氮气和氧气。在宇宙射线的作用下，组成氮气的氮原子的原子核会由原来的七个质子变成了六个，形成一种分子量是十四的碳同位素——碳-14。碳-14以一定的衰变速率释放出电子和能量后衰变成普通的氮。碳-14产生的速率与衰变的速率极为接近，所以，直到近代，地球上碳-14的含量一直没有太大改变。在大气层高空形成的碳-14原子不可能单独存在很久，很快就会氧化成二氧化碳。这些二氧化碳在光合作用中被植物吸收，碳-14就成为植物的一部分。而动物与人类皆会因以植物为食而无可避免地间接吸入碳-14。
生物活着的时候会借着呼吸作用与自然界不断作碳之交换，体内的碳-14浓度与大气中保持一致，当生物死亡停止与外界碳之交换后，生物遗骸就成一封闭系统。随着时间的增加，遗骸中的碳-14就只能按照其固有的衰变速率逐渐减少，而碳-12的含量保持不变。因此只要测定其碳-14与碳-12的含量比例，按碳-14的放射性衰变公式进行计算，就能知道这个生物是什么时候死的。
根据上述原理，美国科学家W.F。利比于1949年成功创建了碳-14测年的常规方法，并因此荣获1960年的诺贝尔化学奖。如今，碳-14常规测年法被考古学家和地质学家所接受，成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具。
但这项技术也有不足之处。其一是精度不够，且年代越远误差越大，有时竟达到几百年。于是科学家们又发明了木轮年代校正曲线，这两者结合可将误差缩小到几年甚至一两年。其二，碳-14需要的样品量比较大，但并不是所有遗址都能提供如此多的样品量。随着核物理学的发展，一种新的测定碳-14的方法面世了——加速仪质谱学进行碳-14分析(AMS)。AMS具备常规法的一切优点，同时又有许多优势：AMS的灵敏度与精度比常规法要好得多，此外AMS所需的标本量极少，只需几毫克，几乎可以实现无损伤检测。
那么是否能用碳-14来确定一切古物的年代呢？答案是否定的。碳-14能测定的样品只能是曾从大气中获取碳-14的有机物质，如木炭、木材、骨骼、纸张、皮革等。且碳-14测年法也只能准确测出五六万年以内的古物；对于年代更久远的古物，是无法准确测定出来的。
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