ในวงการของฟิสิกส์ **ค่าคงที่โครงสร้างละเอียด (fine-structure constant)** เป็นที่รู้จักกันในชื่อ **ค่าคงที่ของซัมเมอร์เฟล** (Sommerfeld's constant) โดยใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวอักษร α สามารถคำนวณได้จากสมการ 4π*ε*0*ħcα* = *e*2 ที่อยู่ในทฤษฎีที่อธิบายแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ในปัจจุบันเรียกกันว่า quantum electrodynamics (QED) ซึ่งเป็นทฤษฎีควอนตัมที่อธิบายปรากฎการณ์ของอนุภาคมีประจุที่ระดับพลังงานสูง ค่าแอลฟาที่คำนวณได้ประมาณ 1/137 ซึ่งเป็นค่าที่สามารถใช้ได้ในทุกระบบหน่วย

ความเป็นมา
----------

นักฟิสิกส์ที่ชื่อว่า **อาร์โน ซัมเมอร์เฟล** (Arnold Sommerfeld) ได้นิยามค่าคงที่นี้ขึ้นมาในปี ค.ศ. 1916 เนื่องจากเขาต้องการที่จะศึกษาเส้นสเป็คตรัมแสดงระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจน และเลข 137 นี้ได้ทำให้นักฟิสิกส์งุนงงมากว่า เหตุใดอัลฟาจึงมีค่าเท่ากับ 1/137 แม้แต่ Wolfgang Pauli นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1945 ก็ได้ครุ่นคิดและฝังใจกับเลข 137 มากจนถึงกับได้เอ่ยปากขอให้ได้สิ้นใจตายในห้องเลขที่ 137 ของโรงพยาบาลในเมือง Zurich ประเทศสวิตเซอร์แลนด์

ความสำคัญ
---------

ค่าคงที่โครงสร้างละเอียดเป็นดัชนีบ่งบอกความแรงของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดอันตรกิริยากันระหว่างประจุ เช่น แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอน หรือแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนกับอิเล็กตรอนเพราะอะตอมสามารถคงรูปได้ด้วยแรงไฟฟ้า ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 27 สิงหาคม ค.ศ. 2001 นักดาราสาสตร์ชาวอเมริกัน อังกฤษและออสเตรเลียได้มีการนำเสนอรายงานว่า เมื่อ 10,000 ล้านปีก่อน ค่าคงที่โครงสร้างละเอียดมีค่าไม่เท่ากับในปัจจุบันวึ่งเป็นเรื่องที่สร้างความตื่นเต้นในวงการฟิสิกส์อย่างมาก ซึ่งถ้าหากค่าคงที่โครงสร้างละเอียดนี้มีค่าไม่คงที่และสามารถเปลี่ยนค่าได้จริง ธาตุต่างๆ อาจจะเกิดความไม่เสถียร ยกตัวอย่างเช่น ถ้าค่าคงที่โครงสร้างละเอียดมีค่าเท่ากับ 0.1 ไอโดรเจนจะไม่สามารถรวมตัวกับฮีเลียมได้เนื่องจากโปรตอนในนิวเคลียสจะเกิดการผลักกันอย่างรุนแรง หมายความว่า ดวงอาทิตย์ก็จะไม่สามารถคงสภาพอยู่ได้นั่นเอง

ในปัจจุบันยังไม่มีการศึกษาที่ยืนยันได้ว่าค่าคงที่โครงสร้างละเอียดสามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ซึ่งทำให้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ยังคงมีความถูกต้องและสามารถใช้อธิบายปรากฎการณ์ต่างๆ

การนิยามเทียบกับค่าคงที่อื่นๆ
-----------------------------

ค่าคงที่โครงสร้างละเอียดที่เขียนอยู่ในเทอมของ α มีค่าเทียบเท่ากับค่าคงที่พื้นฐานอื่นๆ ดังนี้

{\displaystyle \alpha ={\frac {1}{4\pi \varepsilon \_{0}}}{\frac {e^{2}}{\hbar c}}={\frac {\mu \_{0}}{4\pi }}{\frac {e^{2}c}{\hbar }}={\frac {k\_{\text{e}}e^{2}}{\hbar c}}={\frac {c\mu \_{0}}{2R\_{\text{K}}}}={\frac {e^{2}}{4\pi }}{\frac {Z\_{0}}{\hbar }}}
เมื่อ:

* *e* จำนวนประจุของอิเล็กตรอน
* π ค่าคงที่ Pi มีค่าประมาณ 3.14
* *ħ* = *h*/2π ค่าคงที่ของพลังค์แบบลดค่า
* *c* ความเร็วแสงในสูญญากาศ
* *ε*0 ค่าสภาพยินยอมในสูญญากาศ
* *µ*0 ค่าสภาพซาบซึมได้ในสูญญากาศ
* *k*e ค่าคงที่คูลอมบ์ (Coulomb constant)
* *R*K ค่าคงที่ฟอน คลิทชิง (von Klitzing constant)
* *Z*0 ค่าการเหนี่ยวนำในสูญญากาศ (vacuum impedance หรือ impedance of free space)

ค่าคงที่โครงสร้างละเอียดในระบบอื่น
----------------------------------

ในระบบหน่วย cgs หน่วยของประจุไฟฟ้าจะถูกนิยามโดยใช้ค่าคงที่ของคูลอมบ์ (*k*e) ดังนั้นค่าคงที่คงโครงสร้างละเอียดจะแสดงได้ดังสมการ

{\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar c}}.}
ในระบบ natural units ซึ่งโดยปกติจะถูกใช้ในฟิสิกส์พลังงานสูง เมื่อ 1=*ε*0 = *c* = *ħ* = 1 ค่าของค่าคงที่โคร
สร้างละเอียดจะแสดงได้เป็น

{\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{4\pi }}.}
ระบบนี้การนิยามค่าของประจุอิเล็กตรอนจะมีค่าประมาณ *e* = √4π*α* ≈ 0.30282212

อ้างอิงจาก
----------

Peskin, M.; Schroeder, D. (1995). *An Introduction to Quantum Field Theory*. Westview Press. p. 125. ISBN 0-201-50397-2.

 เก็บถาวร 2015-06-02 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

 เก็บถาวร 2019-04-14 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน