精細結構常數(shù)是物理學中一個重要的無量綱數(shù)用希臘字母α表示。
計算公式： α=e2/(4πε0c?)（其中e是電子的電荷，ε0 是真空介電常數(shù)， ?是約化普朗克常數(shù)，c 是真空中的光速）
精細結構常數(shù)表示：電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空中光速的比值。
精細結構常數(shù)（α）存在的物理意義
1913年玻爾發(fā)表的氫原子模型，假設電子只在一些具有特定能量的軌道上繞核作圓周運動，這些特定的能量稱為電子的能級。在玻爾之后，阿諾德·索末斐對他的氫原子模型作了幾方面的改進。首先，索末斐認為電子并不是繞固定不動的原子核轉動，而是原子核和電子繞著他們的共同質心轉動。其次，電子繞核運行的軌道不必是一個正圓可以是橢圓。最后，因為核外電子的運動速度很快，有必要計及質量隨速度變化的相對論效應。在經(jīng)過這樣改進之后，索末斐發(fā)現(xiàn)電子的軌道能級除了跟原來玻爾模型中的軌道主量子數(shù)n（主量子數(shù)n是與能層對應的量子數(shù)。主量子數(shù)只能取正整數(shù)的值。當主量子數(shù)增加時，原子軌道變大，原子的外層電子將處于更高的能量值。它用來描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠近，或者說它是決定電子層組數(shù)的。）有關外，還跟另一個角量子數(shù)k（角量子數(shù)k決定電子空間運動的角動量，以及原子軌道或電子云的形狀。由于電子繞核運動時，不僅具有一定的能量，而且也具有一定的角動量。故而，引入角量子數(shù)。）有關。對于某個主量子數(shù)n，可以取n個不同的角量子數(shù)。這些具有相同主量子數(shù)但不同角量子數(shù)的軌道之間的能級有一個微小的差別。索末斐認為，正是這個微小的差別造成了原子光譜的精細結構。
意義一：精細結構代表了具有相同主量子數(shù)但不同角量子數(shù)的軌道之間能級的微小差別。
在量子電動力學中，兩個帶電粒子（比如兩個電子）是通過互相交換光子而相互作用的。這種交換可以有很多種不同的方式。而所有這些復雜的過程，最終表現(xiàn)為兩個電子之間的相互作用。量子電動力學的計算表明，不同復雜程度的交換方式，對最終作用的貢獻是不一樣的。它們的貢獻隨著過程中光子的吸收或發(fā)射次數(shù)呈指數(shù)式下降，而這個指數(shù)的底，正好就是精細結構常數(shù)。或者說，在量子電動力學中，任何電磁現(xiàn)象都可以用精細結構常數(shù)的冪級數(shù)來表達。
意義二：精細結構常數(shù)是電磁相互作用中電荷之間耦合強度的一種度量，它就是電磁相互作用的強度。
結論：精細結構是指在微觀時空中相同主量子數(shù)但不同角量子數(shù)軌道能級之間存在的差異。精細結構常數(shù)大小等于電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空中光速的比值。精細結構常數(shù)的含義代表了電磁相互作用的強度。
探討1：精細結構常數(shù)是否變化？
首先，精細結構是由微觀能級軌道差異導致的（與電子自身在空間運動狀態(tài)決定）。其次，精細結構常數(shù)是用數(shù)值對精細結構的準確描述。因此，精細結構常數(shù)是否變化取決于宇宙微觀時空結構的狀態(tài)（即宇宙時空結構在微觀處于變化狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)）。
1948年物理學家愛德華·特勒等人提出精細結構常數(shù)與萬有引力常數(shù)之間可能有一定的聯(lián)系，他們推測，精細結構常數(shù)正以約每年3萬億分之一的速度在增大。然而，廣義相對論（以及一切幾何化的引力理論）的基礎是等效原理，它要求任何在引力場中作自由落體的局域參照系中所做的非引力實驗都有完全相同的結果，而與實驗進行的時間地點無關。廣義相對論卻不允許精細結構常數(shù)隨時間改變。
1997年，澳大利亞科學家韋伯等人利用夏威夷天文臺的全世界最大的光學望遠鏡，觀測了17個極亮的類星體，通過光譜分析，得出120億年前，精細結構常數(shù)比當前小約十萬分之一。
1998年韋伯與新南威爾士大學的同事合作，開發(fā)了一種能分析上述吸收光譜的新方法，并將其應用于凱克望遠鏡捕獲的類星體數(shù)據(jù)。他們取得了首個成果：在120~60億年前，精細結構常數(shù)平均增加了百萬分之六。
今年11月，甚大望遠鏡的一臺新儀器（ESPRESSO）將被啟用。據(jù)我們預測，到2019年底，我們將能夠確認或是否定，精細結構常數(shù)究竟是否存在數(shù)十萬分之一的變化。
精細結構常數(shù)不同變化帶來的后果：如果α的值太大，則質子間的排斥力增加，小質量原子核將不能結合在一起，進而恒星內的核聚變將停止，無法產(chǎn)生生命所依賴的碳元素；如果α的值太小，則分子鍵將在較低溫度下斷裂，這將改變許多重要的生命演化進程。
探討2：變化的精細結構常數(shù)可能帶來的新物理學意義！
精細結構是宇宙時空微觀結構的體現(xiàn)，變化的精細結構常數(shù)可能預示著額外的維度。弦理論提出，存在我們看不到的微小卷曲維度，它影響著像精細結構常數(shù)這樣的自然常數(shù)。如果存在額外的維度，那么這些‘自然常數(shù)’就會受到影響，其數(shù)值就會發(fā)生變化。如果真有九個或十個維度的空間，其中只有三個是宏觀可見的，那么那些真正恒定的自然常數(shù)便存在于總維度中。而我們觀察到的僅是它們在三維空間的投影，這也就不再是真正的常數(shù)了。
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