精細結構

精細結構指的是原子譜線分裂成彼此靠得很近的成對、成組的微小裂分，用高解析度去看時才會顯現。氫的簡單圖景裡能量只依賴於主量子數 n，預言的是一條條單一的銳線。可湊近一看，每條線都被發現裂成精細的若干分量——這是簡單圖景遺漏了什麼的信號。

有兩種相對論效應負此責任。其一，電子運動得足夠快，以致狹義相對論那些小修正會微調它的能量。其二，通常也更重要的，是自旋—軌道耦合：電子自身的自旋表現得像一塊微小的磁鐵，當它穿行於原子核的電場中時，會感受到一種磁相互作用，按其自旋與軌道運動如何對齊，把能量略微推高或拉低。這兩者合起來，使能階移動的量，比主能階之間的間隔小上幾千倍。

這些裂分的大小，由一個著名的純數——精細結構常數——所支配，它接近一百三十七分之一，量度的是電磁相互作用的強度。精細結構曾是相對論量子理論一個早期而精確的試驗場，狄拉克方程式把它解釋得極為漂亮。它標誌著這樣一個臨界點：要與攝譜儀實際所見相吻合，對電子作更完整的、相對論性的處理，就變得不可或缺了。