为什么说宇宙中最神秘的整数是137？科学大院

如果你问一位物理学家，宇宙中最重要的物理学常数是什么？你恐怕会得到许多答案：光速、普朗克常数、万有引力常数……然而，如果我们将问题收窄 —— 宇宙中最重要的整数是什么？他们的选择就会集中很多。答案可能是我们生存的 3 维空间，或者是标准模型中的 3 代费米子，甚至是超弦理论中的 10 维时空。但在这些整数之外，很多物理学家还会提到一个看起来毫无规律的数字 ——137。甚至有人会将它称为宇宙中最神秘的整数。

光谱从何而来？

然而，这一模型在经典物理框架下遭遇了挑战：根据经典电磁理论，做圆周运动的电子应不断向外辐射能量，最终会因能量耗尽而坠入原子核，这意味着构成物质的原子竟然无法稳定存在！

为了解决这个问题，丹麦物理学家尼尔斯・玻尔于 1913 年提出了量子化轨道模型。他大胆假设，电子只能在特定的、分立的轨道上稳定运行，不会辐射能量。

在玻尔的模型中，这些光谱对应着电子在不同轨道间的跃迁。当电子跃迁时，会吸收或发射特定频率的电磁辐射。由于电子的轨道是分立的，辐射出的能量频率也必然是特定的数值，这便完美解释了氢原子光谱的不连续性。

令人惊叹的是，虽然在现代量子力学看来，索末菲使用的模型并不准确，但他的计算结果与实验测得的光谱分裂非常吻合，精细结构常数也就此进入了物理学界的视野。

决定世界结构的常数

一开始，精细结构常数只是一个为了解释实验现象而引入的小小的修正项。然而，随着物理理论的快速发展，这个常数的重要性被提升到了前所未有的高度。

按照量子电动力学的理论，你眼前的屏幕发光、你的神经信号传导、甚至是最简单的触摸一个物体，只要有带电粒子和光子要发生相互作用，强度大小都要通过精细结构常数来决定。