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精细结构常数α的意义及其背后的物理原理:为何它如此重要

科学探索万象经验2023-05-08

这个常数用希腊字母α表示,它是一个无量纲数,无论选用什么制式的单位它都有相同的值——大约1/137。表面上看它没有什么特别之处,但其实它的精确值非常重要。一些研究表明,如果它的数值偏离4%,那么我们就不复存在,因为恒星将无法聚变产生碳和氧,这也是有些人相信宇宙为生命进行微调的原因。

这个常数在物理学中似乎无处不在,但是它的值目前还不能从任何理论中直接预测出来,它是我们必须在宇宙中通过实验测量的基本常数之一。它是我们手动插入粒子物理学标准模型的参数之一,这可以使该理论更好地工作。一些科学家甚至提出了137的神秘意义,因为它也在宇宙的其他地方出现。

首先,它可以写成两个能量的比值:克服相距为d的两个电子的静电排斥所需的能量比上波长为λ的光子的能量。另一种排列方法会得到更容易理解的比例:经典轨道中电子的速度与光速之比。换句话说,在经典的原子模型中,电子绕轨道运动的速度大约是光速的1/137。但是,这种理解存在于玻尔的原子模型中,随着薛定谔方程的提出和对量子力学的深入了解,我们知道电子是一个带负电的概率云。