为什么说宇宙中最神秘的整数是137?

2026-03-19 | 来源: 果壳 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

如果你问一位物理学家，宇宙中最重要的物理学常数是什么？你恐怕会得到许多答案：光速、普朗克常数、万有引力常数……

然而，如果我们将问题收窄——宇宙中最重要的整数是什么？他们的选择就会集中很多。答案可能是我们生存的3维空间，或者是标准模型中的3代费米子，甚至是超弦理论中的10维时空。

但在这些整数之外，很多物理学家还会提到一个看起来毫无规律的数字——137。甚至有人会将它称为宇宙中最神秘的整数。

为什么是137？这就必须要提到现代物理学中最关键的常数之一——精细结构常数。如果没有这个常数，原子将不复存在，星辰也将熄灭，我们所熟知的物质世界将在瞬间崩塌。

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20世纪初，卢瑟福通过金箔轰击实验，提出了原子的核式结构模型：原子由原子核和电子组成，原子核在原子的中心，电子绕着原子核不停地转动，就像地球在轨道上绕着太阳转。

原子的卢瑟福核式结构模型，原子核在原子的中心，电子绕着原子核转。（图片来源：维基百科）

然而，这一模型在经典物理框架下遭遇了挑战：根据经典电磁理论，做圆周运动的电子应不断向外辐射能量，最终会因能量耗尽而坠入原子核，这意味着构成物质的原子竟然无法稳定存在！

为了解决这个问题，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出了量子化轨道模型。他大胆假设，电子只能在特定的、分立的轨道上稳定运行，不会辐射能量。

玻尔的模型成功解释了困扰当时物理学界的一项重要实验现象——原子光谱。在玻尔之前，物理学家发现原子发射的光并非像彩虹那样连续，而是由一些孤立、细窄的亮线组成的光谱。每种元素的原子都有其独特的光谱排布方式，就像原子的“指纹”，但经典理论完全无法解释这些离散亮线的来源。