精细结构

精细结构指的是原子谱线分裂成彼此靠得很近的成对、成组的微小裂分，用高分辨率去看时才会显现。氢的简单图景里能量只依赖于主量子数 n，预言的是一条条单一的锐线。可凑近一看，每条线都被发现裂成精细的若干分量——这是简单图景遗漏了什么的信号。

有两种相对论效应负此责任。其一，电子运动得足够快，以致狭义相对论那些小修正会微调它的能量。其二，通常也更重要的，是自旋—轨道耦合：电子自身的自旋表现得像一块微小的磁铁，当它穿行于原子核的电场中时，会感受到一种磁相互作用，按其自旋与轨道运动如何对齐，把能量略微推高或拉低。这两者合起来，使能级移动的量，比主能级之间的间隔小上几千倍。

这些裂分的大小，由一个著名的纯数——精细结构常数——所支配，它接近一百三十七分之一，量度的是电磁相互作用的强度。精细结构曾是相对论量子理论一个早期而精确的试验场，狄拉克方程把它解释得极为漂亮。它标志着这样一个临界点：要与摄谱仪实际所见相吻合，对电子作更完整的、相对论性的处理，就变得不可或缺了。