为什么1/137是物理学中未解决的问题之一

精细结构常数，用希腊字母α表示，看起来就像为我们的物理定律提供动力的众多自然常数之一，就像光速、引力常数或普朗克常数一样。但是这个数字有一些如此奇怪和如此引人注目的东西，以至于许多量子力学的创始人都对它着迷。

这个数字为什么成为学者们痴迷的有价值的主题呢？我们先从它的发现故事开始。与许多量子力学主题一样，它始于我们观察电子在原子能级之间跳跃时产生的光。这个过程导致发射特定能量的光子，我们以光谱线的形式观察到。解释谱线是量子力学发展的主要驱动力，也是它最初的巨大成功之一。

首先是用玻尔模型解释氢线，然后是用薛定谔方程解释更重的元素。但有一个问题，随着我们测量设备的改进，我们看到单条谱线实际上与计算值略有偏差，而且每条谱线都显示为由能量几乎相同但不完全相同的两条谱线组成。

没有明显的理由表明这些不同的属性比率都应该是1/137或137的某个幂。很明显，这个数字试图告诉我们一些关于宇宙的重要信息。为了探索它们，让我们来谈谈耦合。每当两个粒子彼此靠近时，它们就有可能发生相互作用，并且它们可以以多种不同的方式相互作用，我们可以使用费曼图将其可视化。

费曼图用于将粒子以可能发生的所有不同方式的相互作用的概率相加。这些概率取决于许多因素，例如粒子的位置和动量、自旋、电荷、质量等。这些因素乘以一种基本概率，得到相互作用的可能性。该基本概率来自相互作用的耦合常数或耦合强度，这正是精细结构常数的含义：它是电磁力的耦合强度。

事实上，我们非常幸运。这个常数决定了原子的大小，值越大意味着电子更接近原子核，使它们结合得更紧密，参与化学键的能力也降低。较小的值将意味着电子的结合较不紧密，从而使原子和分子不太稳定。据估计，如果精细结构常数只有百分之几的差异，碳就永远不会在恒星内部形成，从而使生命变得不可能。

许多物理学家认为，这些常数是在宇宙开始时随机设定的。令人惊讶的是，它们恰好落在了允许生命形成的正确值上。