Zemeguľa je zo všetkých strán bombardovaná nepretržitým prúdom vysokoenergetických častíc, ktorý nazývame kozmickým žiarením. Pre niektoré vedné odbory – medziiným aj pre archeológiu – je toto žiarenie doslova darom z nebies.
Čo znamená kozmické žiarenie pre výskum starých civilizácií, sa dá celkom pekne ilustrovať na príklade Mayov. Každá ich stavba má v sebe vyznačený dátum svojho vzniku, takže mayská architektúra nám poskytuje veľké množstvo chronologických údajov.
Mayovia uvádzali všetky tieto údaje vo svojom vlastnom kalendári. Presný vzťah medzi naším a mayským kalendárom však zostával dlho nejasný, takže archeologické nálezy nám umožňovali len relatívnu orientáciu v mayských dejinách. Vedeli sme napríklad, že mesto Tikal bolo opustené 400 rokov po tom, čo sa stalo najväčším mayským mestom, ale dlho sme nevedeli, či sa tak stalo v siedmom, ôsmom, deviatom alebo v inom storočí nášho letopočtu.
Dnes to už vieme, a to najmä vďaka takzvanej rádiouhlíkovej metóde datovania. A za túto metódu vďačíme práve kozmickému žiareniu. Teda, aby sme boli presní, vďačíme za ňu najmä kozmickému žiareniu, ale časť vďaky si rozhodne zaslúži aj Willard Libby.
.pompejský chlieb
V horných vrstvách atmosféry vnikajú pri dopade kozmického žiarenia voľné neutróny. Ak takýto neutrón narazí do jadra dusíka, tak ho s určitou pravdepodobnosťou zmení na jadro rádioaktívneho uhlíka 14C.
Ak by boli jadrá 14C stabilné, kozmické žiarenie by postupne zmenilo všetok dusík v horných vrstvách atmosféry na uhlík. Jadrá uhlíka 14C sú však rádioaktívne a po čase sa spontánne opäť zmenia na jadrá dusíka 14N.
V hre sú teda dva procesy. Jednak nárast množstva rádioaktívneho uhlíka (rýchlosť tohto nárastu je daná intenzitou kozmického žiarenia) a jednak pokles tohto množstva (rýchlosť poklesu je pri rádioaktívnom rozpade tým vyššia, čím je toto množstvo väčšie). Pri určitom množstve jadier 14C sa tieto dve rýchlosti vyrovnajú. Vtedy sa celkový počet jadier rádioaktívneho uhlíka prestane meniť a zostáva stále rovnaký (za predpokladu, že sa nemení intenzita kozmického žiarenia).
Nezostáva však rovnaké len v horných vrstvách atmosféry. Rádioaktívnym jadrám 14C totiž trvá rozpad veľmi dlho. Ak máme nejaké množstvo takýchto jadier, klesne ich počet na polovicu zhruba za 5 730 rokov. Za ten čas sa stihnú rozptýliť v celej atmosfére.
Fakt je, že v porovnaní s obyčajným uhlíkom 12C je toho rádioaktívneho pomerne málo – na jedno jadro 14C pripadá zhruba milión miliónov jadier 12C, ale aj toto malé množstvo stačí na veľké veci.
V roku 1947 si Willard Libby uvedomil, že koncentrácia jadier rádioaktívneho uhlíka (t.j. pomer počtu jadier rádioaktívneho uhlíka 14C k počtu jadier obyčajného uhlíka 12C) by mala byť rovnaká nielen v celej atmosfére, ale aj vo všetkých živých organizmoch. Jadrá uhlíka sú totiž vo vzduchu prítomné v rámci molekúl oxidu uhličitého a ten je základnou stavebnou látkou pre všetky organizmy. Rastliny budujú svoje telá práve z oxidu uhličitého, ktorý si berú zo vzduchu. Koncentrácia rádioaktívneho uhlíka v rastlinách by preto mala byť rovnaká ako vo vzduchu.
Bylinožravé živočíchy budujú svoje telá z rastlinnej potravy a aj v nich by teda mala byť koncentrácia 14C rovnaká ako v rastlinách a vo vzduchu. No a mäsožravé živočíchy, ktoré si budujú svoje telá z živočíšnej potravy, by na tom mali byť s koncentráciou 14C nakoniec rovnako.
No ale je to naozaj tak? Libby túto svoju hypotézu potvrdil presnými meraniami (ktoré tu nebudeme opisovať, na to by bol potrebný samostatný článok) a tým si otvoril cestu ku geniálne jednoduchému spôsobu určovania veku látok organického pôvodu.
Všetky látky organického pôvodu – či už sú to tkaniny, drevené časti stavieb, alebo ľudské či zvieracie kosti – boli voľakedy živými organizmami. Vtedy obsahovali presne také isté koncentrácie rádioaktívneho uhlíka ako všetky ostatné živé organizmy a okolitý vzduch. Po ich smrti sa však zastavil príjem potravy a tým aj prísun rádioaktívneho 14C. Jeho rozpad však naďalej pokračoval a tým pádom postupne klesala jeho koncentrácia. Zmeraním súčasnej hodnoty tejto koncentrácie by sme teda mali zistiť, kedy daná látka prestala byť živou. Ak je koncentrácia uhlíka 14C v danej látke polovičná oproti živým organizmom, tak k smrti došlo zhruba pred 5 730 rokmi, keď je štvrtinová, tak pred 11 460 rokmi, a tak ďalej.
Aby zistili, či to celé naozaj funguje, urobil Libby a jeho kolegovia jemné a rafinované merania na vzorkách, ktorých vek poznali. Medzi ne patrili zvyšky cédrového dreva z egyptských hrobiek, jeden z kumránskych zvitkov, kus zuhoľnateného chleba z Pompejí, drevo sekvoje s 2 905 letokruhmi. Vek určený Libbyho metódou veľmi dobre súhlasil so známym vekom vzoriek. Archeológovia tak dostali od fyzikov a chemikov hodinky, o akých sa im ani nesnívalo. A Libby dostal od švédskej Kráľovskej akadémie Nobelovu cenu.
.mayský kalendár
V čase objavenia rádiouhlíkovej metódy datovania súperili medzi sebou dve teórie mayského kalendára. Podľa jednej z nich zodpovedal mayský dátum 9.1.10.00 na budove číslo 10 v Tikale nášmu 30. júnu roku 741. Podľa druhej zodpovedal tento mayský dátum 30. augustu roku 481.
Podľa veku dreva z tejto budovy, určeného rádiouhlíkovou metódou krátko po jej objave, pochádzala stavba z roku 480±120. Napriek relatívne veľkej neurčitosti tohto výsledku (viac ako sto rokov hore-dole) išlo o celkom jasné potvrdenie druhej teórie. Ide o jeden z najkrajších príkladov silných aj slabých stránok rádiouhlíkovej metódy. Silných preto, lebo spor bol rozhodnutý naozaj celkom jednoznačne. A slabých preto, lebo bol rozhodnutý nesprávne.
Dnes je drvivá väčšina ľudí zaoberajúcich sa mayskou civilizáciou presvedčená, že správna korelácia medzi mayským a naším kalendárom je tá, ktorá uvedený mayský dátum kladie do roku 741. Medzi najpresvedčivejšie argumenty v prospech tejto tzv. GMT korelácie patria práve merania urobené rádiouhlíkovou metódou. Desiatky neskorších meraní totiž dopadli celkom opačne ako prvé meranie.
Ako je to možné? Išlo v prvom prípade o spackané meranie alebo dokonca o úmyselný podvod? Ani jedno, ani druhé. Meranie bolo podľa všetkého správne, problém bol so vzorkou, ktorá pochádzala z dreveného trámu. Pri výrobe trámov sa drevo opracúva, pričom sa odstraňujú vrstvy obsahujúce vonkajšie letokruhy. Ak je vzorka odobratá z vnútorných letokruhov, rádiouhlíková metóda určí čas, keď bol strom mladý, a nie keď bol použitý na stavbu. Chyba môže byť na úrovni desaťročí až stáročí. A s najväčšou pravdepodobnosťou došlo pri prvom meraní práve k takejto chybe.
Tento príklad krásne ilustruje jednu dôležitú skutočnosť rádiouhlíkovej metódy: jej výsledky sú založené na niekoľkých predpokladoch a vždy je treba čo najlepšie overiť, či sú tieto predpoklady splnené. Toto všetko si samozrejme ľudia uvedomujú a úzkostlivo dbajú o to, aby čo najviac eliminovali všetky potenciálne zdroje chýb. Rádiouhlíková metóda nie je síce úplne dokonalá, ale predsa len veľmi spoľahlivá metóda datovania starých predmetov organického pôvodu.
.turínske plátno
V roku 1987 dal turínsky arcibiskup k dispozícii vzorky z Turínskeho plátna trom rôznym laboratóriám. Ich úlohou bolo určiť vek vzoriek pomocou rádiouhlíkovej metódy a zistiť tak, či v tomto plátne naozaj mohlo byť zabalené Kristovo telo.
Výsledky laboratórií v Oxforde, Tucsone (USA) a Zürichu boli celkom jednoznačné: vzorky pochádzali z obdobia medzi rokmi 1260 a 1390, čo poukazovalo na stredoveký pôvod plátna. Znamená to, že plátno naozaj nepochádza z Ježišových čias?
Ak vlákna odobraté z okraja pochádzajú z tej istej doby ako celé plátno, potom je takmer isté, že plátno je o viac ako tisíc rokov mladšie, než by malo byť. Pre ľudí veriacich v jeho autenticitu ostáva dúfať, že okraje plátna boli z nejakého dôvodu pridané k zvyšku až koncom stredoveku. Či to bolo naozaj tak, by sa v princípe dalo zistiť – rádiouhlíkovou metódou. Stačilo by odobrať nejaké vlákna aj zo stredu plátna. To však turínsky arcibiskup zatiaľ nedovolil.
Ale nech už je to s Turínskym plátnom akokoľvek, jedno tomu rádioaktívnemu uhlíku musíme uznať: dokáže sa vyjadriť k niektorým naozaj zaujímavým otázkam.
Čo znamená kozmické žiarenie pre výskum starých civilizácií, sa dá celkom pekne ilustrovať na príklade Mayov. Každá ich stavba má v sebe vyznačený dátum svojho vzniku, takže mayská architektúra nám poskytuje veľké množstvo chronologických údajov.
Mayovia uvádzali všetky tieto údaje vo svojom vlastnom kalendári. Presný vzťah medzi naším a mayským kalendárom však zostával dlho nejasný, takže archeologické nálezy nám umožňovali len relatívnu orientáciu v mayských dejinách. Vedeli sme napríklad, že mesto Tikal bolo opustené 400 rokov po tom, čo sa stalo najväčším mayským mestom, ale dlho sme nevedeli, či sa tak stalo v siedmom, ôsmom, deviatom alebo v inom storočí nášho letopočtu.
Dnes to už vieme, a to najmä vďaka takzvanej rádiouhlíkovej metóde datovania. A za túto metódu vďačíme práve kozmickému žiareniu. Teda, aby sme boli presní, vďačíme za ňu najmä kozmickému žiareniu, ale časť vďaky si rozhodne zaslúži aj Willard Libby.
.pompejský chlieb
V horných vrstvách atmosféry vnikajú pri dopade kozmického žiarenia voľné neutróny. Ak takýto neutrón narazí do jadra dusíka, tak ho s určitou pravdepodobnosťou zmení na jadro rádioaktívneho uhlíka 14C.
Ak by boli jadrá 14C stabilné, kozmické žiarenie by postupne zmenilo všetok dusík v horných vrstvách atmosféry na uhlík. Jadrá uhlíka 14C sú však rádioaktívne a po čase sa spontánne opäť zmenia na jadrá dusíka 14N.
V hre sú teda dva procesy. Jednak nárast množstva rádioaktívneho uhlíka (rýchlosť tohto nárastu je daná intenzitou kozmického žiarenia) a jednak pokles tohto množstva (rýchlosť poklesu je pri rádioaktívnom rozpade tým vyššia, čím je toto množstvo väčšie). Pri určitom množstve jadier 14C sa tieto dve rýchlosti vyrovnajú. Vtedy sa celkový počet jadier rádioaktívneho uhlíka prestane meniť a zostáva stále rovnaký (za predpokladu, že sa nemení intenzita kozmického žiarenia).
Nezostáva však rovnaké len v horných vrstvách atmosféry. Rádioaktívnym jadrám 14C totiž trvá rozpad veľmi dlho. Ak máme nejaké množstvo takýchto jadier, klesne ich počet na polovicu zhruba za 5 730 rokov. Za ten čas sa stihnú rozptýliť v celej atmosfére.
Fakt je, že v porovnaní s obyčajným uhlíkom 12C je toho rádioaktívneho pomerne málo – na jedno jadro 14C pripadá zhruba milión miliónov jadier 12C, ale aj toto malé množstvo stačí na veľké veci.
V roku 1947 si Willard Libby uvedomil, že koncentrácia jadier rádioaktívneho uhlíka (t.j. pomer počtu jadier rádioaktívneho uhlíka 14C k počtu jadier obyčajného uhlíka 12C) by mala byť rovnaká nielen v celej atmosfére, ale aj vo všetkých živých organizmoch. Jadrá uhlíka sú totiž vo vzduchu prítomné v rámci molekúl oxidu uhličitého a ten je základnou stavebnou látkou pre všetky organizmy. Rastliny budujú svoje telá práve z oxidu uhličitého, ktorý si berú zo vzduchu. Koncentrácia rádioaktívneho uhlíka v rastlinách by preto mala byť rovnaká ako vo vzduchu.
Bylinožravé živočíchy budujú svoje telá z rastlinnej potravy a aj v nich by teda mala byť koncentrácia 14C rovnaká ako v rastlinách a vo vzduchu. No a mäsožravé živočíchy, ktoré si budujú svoje telá z živočíšnej potravy, by na tom mali byť s koncentráciou 14C nakoniec rovnako.
No ale je to naozaj tak? Libby túto svoju hypotézu potvrdil presnými meraniami (ktoré tu nebudeme opisovať, na to by bol potrebný samostatný článok) a tým si otvoril cestu ku geniálne jednoduchému spôsobu určovania veku látok organického pôvodu.
Všetky látky organického pôvodu – či už sú to tkaniny, drevené časti stavieb, alebo ľudské či zvieracie kosti – boli voľakedy živými organizmami. Vtedy obsahovali presne také isté koncentrácie rádioaktívneho uhlíka ako všetky ostatné živé organizmy a okolitý vzduch. Po ich smrti sa však zastavil príjem potravy a tým aj prísun rádioaktívneho 14C. Jeho rozpad však naďalej pokračoval a tým pádom postupne klesala jeho koncentrácia. Zmeraním súčasnej hodnoty tejto koncentrácie by sme teda mali zistiť, kedy daná látka prestala byť živou. Ak je koncentrácia uhlíka 14C v danej látke polovičná oproti živým organizmom, tak k smrti došlo zhruba pred 5 730 rokmi, keď je štvrtinová, tak pred 11 460 rokmi, a tak ďalej.
Aby zistili, či to celé naozaj funguje, urobil Libby a jeho kolegovia jemné a rafinované merania na vzorkách, ktorých vek poznali. Medzi ne patrili zvyšky cédrového dreva z egyptských hrobiek, jeden z kumránskych zvitkov, kus zuhoľnateného chleba z Pompejí, drevo sekvoje s 2 905 letokruhmi. Vek určený Libbyho metódou veľmi dobre súhlasil so známym vekom vzoriek. Archeológovia tak dostali od fyzikov a chemikov hodinky, o akých sa im ani nesnívalo. A Libby dostal od švédskej Kráľovskej akadémie Nobelovu cenu.
.mayský kalendár
V čase objavenia rádiouhlíkovej metódy datovania súperili medzi sebou dve teórie mayského kalendára. Podľa jednej z nich zodpovedal mayský dátum 9.1.10.00 na budove číslo 10 v Tikale nášmu 30. júnu roku 741. Podľa druhej zodpovedal tento mayský dátum 30. augustu roku 481.
Podľa veku dreva z tejto budovy, určeného rádiouhlíkovou metódou krátko po jej objave, pochádzala stavba z roku 480±120. Napriek relatívne veľkej neurčitosti tohto výsledku (viac ako sto rokov hore-dole) išlo o celkom jasné potvrdenie druhej teórie. Ide o jeden z najkrajších príkladov silných aj slabých stránok rádiouhlíkovej metódy. Silných preto, lebo spor bol rozhodnutý naozaj celkom jednoznačne. A slabých preto, lebo bol rozhodnutý nesprávne.
Dnes je drvivá väčšina ľudí zaoberajúcich sa mayskou civilizáciou presvedčená, že správna korelácia medzi mayským a naším kalendárom je tá, ktorá uvedený mayský dátum kladie do roku 741. Medzi najpresvedčivejšie argumenty v prospech tejto tzv. GMT korelácie patria práve merania urobené rádiouhlíkovou metódou. Desiatky neskorších meraní totiž dopadli celkom opačne ako prvé meranie.
Ako je to možné? Išlo v prvom prípade o spackané meranie alebo dokonca o úmyselný podvod? Ani jedno, ani druhé. Meranie bolo podľa všetkého správne, problém bol so vzorkou, ktorá pochádzala z dreveného trámu. Pri výrobe trámov sa drevo opracúva, pričom sa odstraňujú vrstvy obsahujúce vonkajšie letokruhy. Ak je vzorka odobratá z vnútorných letokruhov, rádiouhlíková metóda určí čas, keď bol strom mladý, a nie keď bol použitý na stavbu. Chyba môže byť na úrovni desaťročí až stáročí. A s najväčšou pravdepodobnosťou došlo pri prvom meraní práve k takejto chybe.
Tento príklad krásne ilustruje jednu dôležitú skutočnosť rádiouhlíkovej metódy: jej výsledky sú založené na niekoľkých predpokladoch a vždy je treba čo najlepšie overiť, či sú tieto predpoklady splnené. Toto všetko si samozrejme ľudia uvedomujú a úzkostlivo dbajú o to, aby čo najviac eliminovali všetky potenciálne zdroje chýb. Rádiouhlíková metóda nie je síce úplne dokonalá, ale predsa len veľmi spoľahlivá metóda datovania starých predmetov organického pôvodu.
.turínske plátno
V roku 1987 dal turínsky arcibiskup k dispozícii vzorky z Turínskeho plátna trom rôznym laboratóriám. Ich úlohou bolo určiť vek vzoriek pomocou rádiouhlíkovej metódy a zistiť tak, či v tomto plátne naozaj mohlo byť zabalené Kristovo telo.
Výsledky laboratórií v Oxforde, Tucsone (USA) a Zürichu boli celkom jednoznačné: vzorky pochádzali z obdobia medzi rokmi 1260 a 1390, čo poukazovalo na stredoveký pôvod plátna. Znamená to, že plátno naozaj nepochádza z Ježišových čias?
Ak vlákna odobraté z okraja pochádzajú z tej istej doby ako celé plátno, potom je takmer isté, že plátno je o viac ako tisíc rokov mladšie, než by malo byť. Pre ľudí veriacich v jeho autenticitu ostáva dúfať, že okraje plátna boli z nejakého dôvodu pridané k zvyšku až koncom stredoveku. Či to bolo naozaj tak, by sa v princípe dalo zistiť – rádiouhlíkovou metódou. Stačilo by odobrať nejaké vlákna aj zo stredu plátna. To však turínsky arcibiskup zatiaľ nedovolil.
Ale nech už je to s Turínskym plátnom akokoľvek, jedno tomu rádioaktívnemu uhlíku musíme uznať: dokáže sa vyjadriť k niektorým naozaj zaujímavým otázkam.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.