解开 137 之谜：为什么这个数字如此重要

精细结构常数是一个神秘的小家伙——微小、无量纲、看似随机，但它掌握着生命本身的钥匙。

α——精细结构常数——掌握着生命的秘密。

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正如数学家 De La Soul 所说的那样，三是一个神奇的数字。但如果物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman) 的话可信的话，这个数字大约相差 400 倍。对于费曼来说，你看，“神奇数字”约为 1/137，具体来说，它是 1/137.03599913。 

物理学家将其称为 α，即精细结构常数。 “自从它被发现以来，它一直是一个谜，”费曼在他 1985 年的著作《QED：光与物质的奇怪理论》中写道。 “所有优秀的理论物理学家都会把这个数字挂在墙上并担心它。 ”

它既极其神秘又极其重要：看似随机、无量纲的数字，却蕴藏着生命本身的秘密。 

“这是带电粒子和电磁力之间相互作用强度的衡量标准，”纽约州立大学石溪分校天体物理学教授保罗·M·萨特（Paul M Sutter）在《太空》杂志的一篇文章中解释道。 

“如果它有任何其他价值，我们所知道的生命将是不可能的，”他写道。 “但我们不知道它来自哪里。 ”

通常情况下，我们会在这部分为您提供一些价值出现的示例，但从字面上看，答案是“无处不在”。它于 1916 年由物理学家阿诺德·索末菲 (Arnold Sommerfeld) 首次发现，但在此之前的几十年里它就已经出现在方程中。它潜伏在描述光和物质的公式中，它控制着从最小的氢原子到恒星形成的一切。

“在我们的日常生活中，一切事物要么是引力，要么是电磁力，”加州大学伯克利分校的物理学家 Holger Müller 告诉《Quanta》杂志。 “这就是为什么阿尔法如此重要。 ”

当然，物理学对常数并不陌生——有c，光速；c，光速； G，万有引力常数；在量子物理学中，有h和ħ来描述普朗克常数；如果您是一位真正的爱好者，您甚至可能知道k，即玻尔兹曼常数。但 α 具有其他常数所没有的东西，或者更准确地说，它没有其他常数所具有的东西。

“[精细结构常数]的值不依赖任何量纲或单位系统，”萨特写道。 “物理学中的其他常数不是这样的。 ”

以光速为例。在搜索引擎中查找一下，您会发现它等于每秒 299,792,458 米。或者是每小时 670,615,200 英里？我们的错误：实际上是每两周 1,802,600,000,000 弗隆。管它呢——我们就说它是每年一光年吧。

得到照片了吗？常数的值实际上并不是常数——它取决于您使用的单位。但精细结构常数不具有该属性：它是一个完全无量纲的常数。 

“如果你遇到一个来自遥远恒星系统的外星人，你将很难传达光速的价值。一旦你确定了我们如何表达数字，你就必须定义米和秒之类的东西，”萨特解释道。

“但是精细结构常数呢？你只要把它说出来，他们就会明白。 ”

但也许这个看似最纯粹的常数最奇怪的事情是，它实际上可能不是常数。一些物理学家认为，今天的 α 实际上比以前稍大一些——在 60 亿年里只增大了约十万分之一，但从长远来看，这足以产生一些相当巨大的影响。例如，将 137 更改为 138，即可将 α 值减少 0.00005，一些科学家认为，这足以阻止恒星产生碳，从而阻止我们所知的生命的产生。

正如费曼所说：“这是物理学中最大的谜团之一：一个人类无法理解的神奇数字。 

“你可能会说‘上帝之手’写下了这个数字，‘我们不知道他是如何推动铅笔的。’”

本文的早期版本于 2022 年 6 月发布。