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。英国物理学家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，能量为formula_16数量级，是粗结构的formula_17倍。随后发展起来量子电动力学将精细结构常数赋予了更深刻的含义。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。精