为什么说宇宙中最神秘的整数是137?

“粗结构”的氢原子发射光谱(图片来源:维基百科)
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。
玻尔的模型首次将量子的概念引入原子结构,初步解释了氢原子光谱的不连续性,也开启了通往现代量子力学的大门。

氢原子的玻尔模型,中心是原子核,电子在特定轨道上绕着原子核转动,当电子从高能级轨道向低能级轨道跃迁时会释放一定频率的光。(图片来源:维基百科)
然而,玻尔的氢原子模型并不能与氢原子光谱的实验结果完全吻合。玻尔模型不仅与当时最精确的光谱测量结果有一些微小的偏差,更关键的是,实验测得的光谱在某些能级似乎分裂成了两个,而玻尔模型则只预言了一个。这些分裂的微小能级被称为原子的精细结构。

真实的氢原子光谱序列,包括多个精细结构(图片来源:Wikipedia)
1916年,德国物理学家阿诺德·索末菲进一步发展了玻尔模型。为了解释氢原子光谱的精细结构,索末菲考虑了电子的相对论效应,并在方程推导过程中得到了一个常数——氢原子第一轨道电子速度与光速之比,并将其称之为精细结构常数α:

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