量子电动力学

精细结构常数(fine-structure constant)

/ alpha /

如果要用一个数来概括电磁力的强度,那就是它了。精细结构常数用希腊字母 alpha 表示,约为 1/137,即约 0.0073。它是一个没有单位的纯数——无论你用米还是英里、克还是磅来测量,alpha 算出来都一样。这使它成为自然界中最基本、也最神秘的数之一,是光与物质相互作用强弱的指纹。

alpha 由电子电荷、光速和普朗克常数搭建而成——这是物理学中三个最重要的量,组合起来恰好让单位互相抵消,只剩下一个纯数。它的物理意义大致是:一个带电粒子发射或吸收单个光子的概率。由于这个概率很小,过程中每多一个光子,贡献就再小一个 alpha 的因子,这正是为什么量子电动力学的修正序列如此可靠地缩小,并能被计算到惊人的精度。

这个名字源于历史:这个常数最早是在原子谱线的'精细结构'中被发现的,也就是原子发出的光的颜色中那些微小的分裂。如今它的数值已知到优于十亿分之一,物理学家仍在追问它为何取这个值。对于 1/137 这个数,目前没有公认的解释——它只是被测量出来的。理查德·费曼称它为'物理学最大的该死的谜团之一:一个我们毫无理解就摆在面前的神奇数字。'

当一个氢原子发射一个光子时,每次尝试的概率由 alpha 约为 1/137 来支配。如果 alpha 大十倍,原子会小得多,化学——乃至生命——会全然不同;这一个数的取值悄悄塑造了整个物质世界。

alpha 决定原子的大小,也决定一切光与物质相互作用的快慢。

著名的'1/137'这个值只在低能下成立;由于耦合会跑动,在高能对撞机所探测的能量下,alpha 会增大到约 1/128。

又称
alphaα精细结构常数精細結構常數