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user: 7. 精细结构常数的意义 既然太阳系内也有一个类似原子内的精细结构常数，我们就需要把精细结构常数的意义研究清楚。 精细结构常数是物理学重要的无量纲量，常用希腊字母 α 表示，精细结构指的是原子物理学中原子谱线分裂的样式。其定义为 α = e 2 4 π ε 0 ℏ c ， 或者： α = e 2 2 ε 0 h c 其中： e是基本电荷， ε 0 是真空电容率， ℏ 是约化普朗克常数，是普朗克常数， c是光速。 精细结构常数，人们对它物理含义的第一个解释就是玻尔模型中处于基态的电子运动速度与光速的比值。然而随着量子力学的发展，薛定谔方程建立起来，人们开始用电子云和几率描述核外电子，抛弃了电子具有经典理论中确定的轨道和速度的概念。狄拉克把量子波动力学与相对论相结合，提出电子的相对论性量子力学方程——狄拉克方程。狄拉克方程认为光谱的精细结构是由电子的自旋–轨道作用引起的，是一种相对论效应。量子电动力学认为，精细结构常数是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的度量，表征了电磁相互作用的强度。 通过以上介绍，我们知道原子的精细结构常数，是表征电磁相互作用的强度。假如精细结构常数变大了，就说明电磁相互作用的强度变大了，相对应的就是原子收缩了。 原子内 α 原 子 = v 电 子 c ，太阳系内 α 太 阳 系 = v 行 星 c ，按照时空阶梯理论，宇宙膨胀，原子收缩，所以， α 原 子 = v 电 子 c 中的v变大了，就说明电子更靠近原子核了，原子的确是变小了，收缩了。而太阳系中的精细结构常数 α 太 阳 系 = v 行 星 c ，因为行星膨胀了，行星的轨道速度变慢了，所以，太阳系中的精细结构常数 变小了。时空阶梯理论揭示 [ 14 ]，形而下时空原子收缩，形而上时空宇宙膨胀，是宇宙演化的两极，而太阳系虽然是属于形而下时空，但是，由于太阳系偏向整体宇宙的膨胀一端，所以太阳系还是偏向膨胀。从具体太阳系的变化，我们现在可以正确区分什么是形而下时空，什么是形而上时空了。形而下时空就是物质和暗物质时空，而形而上时空就是暗能量时空，从光速不变这个宇宙标尺来讲，等于和小于光速的时空都是形而下时空，大于光速的时空是形而上时空。大于光速的形而上时空是膨胀时空，所以太阳系的膨胀，其实是太阳系内形而上时空的膨胀，而具体的物质时空，太阳，地球还是偏向收缩的。 也就是说，太阳系和原子都含有形而上时空和形而下时空，形而上时空膨胀，形而下时空收缩，是两个相反相成的时空在同时运动，这个两个同时运动的时空，会对对原子内的电子和太阳系中的行星有不同的作用。在原子内，形而下时空的收缩和形而上时空的膨胀都很强，所以，原子内的电子虽然属于形而下时空，但是在强大的形而上时空膨胀的作用下，看似粒子的电子其实更像电子云，这个电子云在形而上时空膨胀强的时候，就像蒸发一样，进入了形而上时空，而在形而下时空收缩很强的时候，就像冷凝一样，进入形而下时空。所以，电子云就像地球的云彩一样，在天空和地面来回转换，一会是云，一会是雨。由于过去我们对于形而上时空一无所知，所以，就感觉量子力学有些怪异。其实，太阳系的形成，也是通过最早的原始太阳系星云开始的，有形而下时空的收缩，也有形而上时空的膨胀。形而下时空的收缩，逐渐形成太阳和八大行星，而其中的空间距离的增大其实就是形而上时空的膨胀。严格说起来，地球上水–云–雨–水的循环变化，其实也是形而上时空膨胀和形而下时空收缩导致的复杂运动变化。 有了以上说明，我们就不难理解这句话“然而随着量子力学的发展，薛定谔方程建立起来，人们开始用电子云和几率描述核外电子，抛弃了电子具有经典理论中确定的轨道和速度的概念”的具体含义了。薛定谔方程的革命意义，就是把形而上时空加入了方程，因为薛定谔方程不同于普通的波动方程的地方就是时空波动速度u，这速度u是相速度，而不是粒子的移动速度v [ 14 ] 。根据时空阶梯理论，相速度是形而上时空的速度。可见，薛定谔方程是形而上时空的波动方程。有了形而上时空的膨胀，就有了电子云，而电子云类似地球的云彩，在什么地方落雨，具有一定的概率，所以，对于波函数一直存在着德布罗意与薛定谔等人的实在论解释与玻恩等人的概率解释 [ 17 ] 。其实，两种解释都对，实在论的解释是从形而下时空看的，概率解释是从形而上时空看的。将来有一天，我们对于形而上时空的了解类似现代气象学对于地球天空的了解的时候，我们就不会对于量子现象感到有些诡异了。其实，古代人对于天气变化的困惑理解，就是我们对于量子力学的困惑理解，两者有本质上的相似性，就是古代人对于地球整体天空的了解很匮乏，而现在我们对于形而上时空的了解很匮乏。 “狄拉克方程认为光谱的精细结构是由电子的自旋–轨道作用引起的，是一种相对论效应”。相对论效应，在时空阶梯理论看来，就是给形而下时空一个划了一个界限，就是光速和光速以下的是形而下时空，形而下时空不可能超光速，而且形而下时空是收缩的，收缩是是逐渐增强的。狄拉克方程具有更丰富的形而下时空阶梯的内容，所以，狄拉克方程可以描述更丰富的粒子和粒子的自旋 [ 14 ] 。 这里，为什么用如此大的篇幅讨论这个问题，就是因为这是量子力学的最难理解的地方，这里用水–云–雨–水的比喻来形容电子云是最贴切的，其实，地球上的水–云–雨–水的循环变化就是类似电子云的变化。而天气预报的概率也印证着玻恩等人的概率解释其实是对的。当然，最诡异的地方是电子云可以蒸发为形而上时空，而形而上时空的速度是超光速，一切超光速的电子纠缠现象都是在形而上时空内完成相互联系的，时空阶梯理论揭示，形而下电磁力时空对应的形而上虚时空的波动速度是： ，而一个普朗克长度的波弦，在一秒之中，以速度 v = 10 9.65844 c 可以形成整个宇宙(c是光速) [ 14 ]，我们可以看到， 10 18 c 大 10 9.65844 c 太多，所以，以量子纠缠的速度到达整个宇宙之内的任何地方几乎是毫无延迟的。但是，当这些形而上时空的电子云下降为粒子电子的时候，速度是小于光速的，而这些形而下时空电子现象倒是容易理解的。所以，最难理解的地方就是形而上时空方面，也就是暗能量方面，这将是未来研究的重点。我们相信，一旦我们进入形而上时空的研究，一切难以理解的量子力学的诡异现象都将烟消云散。 量子电动力学认为，精细结构常数是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的度量，表征了电磁相互作用的强度。量子电动力学把形而下时空的收缩发展到极致，以精细结构常数为基础，发展出耦合常数，而耦合常数把形而下时空的四种收缩力统一起来，就是形而下时空收缩有一个阶梯，这个阶梯最弱的就是牛顿引力，而最强的就是强相互作用力。在这个意义上讲，时空阶梯理论的力的总公式 F = m c 2 r c n v 1 v 2 v 3 ⋯ v n 与量子电动力学的力的解释等效，都是以精细结构常数为基础。 通过以上描述，我们现在知道，精细结构常数的意义，就是形而下时空收缩的一个重要指标。但是，在时空阶梯看来，精细结构常数的意义，除了以上意义，还有宇宙膨胀与否的意义。时空阶梯理论的核心就是原子收缩，宇宙膨胀，原子膨胀，宇宙收缩。现在证明，原子的精细结构常数在变大 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]，说明原子在收缩，而按照时空阶梯理论，原子收缩，那么，宇宙就膨胀，而现在的天文观测也证明宇宙正在膨胀 [ 21 ] [ 22 ]，所以，时空阶梯理论的核心被证明是正确的。 下面我们总结一下精细结构常数的宇宙意义： 1) 原子的精细结构常数变大，说明宇宙膨胀。 2) 原子的精细结构常数变小，说明宇宙收缩。 3) 原子的精细结构常数不变，说明宇宙处于动态平衡状态。就是说，宇宙既不膨胀，也不收缩，或者说宇宙既膨胀又收缩，但是，膨胀和收缩处于动态平衡状态。