В самых разных теориях и вычислениях, связанных с физическими знаниями о природе, мы часто встречаем одно и тоже число. Это число 137.

Она известно под разными именами и самое интересное, что оно появляется независимо в разных областях знания.

Самый известный пример, это постоянная тонкой структуры. Постоянная тонкой структуры обозначается как безразмерное число «a». Это число определяет силу электромагнитного взаимодействия, то есть то, насколько сильно электроны и заряды взаимодействуют друг с другом. Если выписать её формулу, она связывает заряд электрона, скорость света, постоянную Планка и диэлектрическую проницаемость вакуума. Численное значение этой константы примерно равно 1/137.

Это схема уровней энергии атома водорода с учётом тонкой структуры. Постоянная тонкой структуры, по сути, определяет размеры атомов, уровни энергии электронов, спектральные линии атомов, силу химических связей и даже свойства света при взаимодействии с материей. Если бы «a» было заметно больше, электроны слишком сильно притягивались бы к ядру и атомы бы «схлопывались». Если бы оно было заметно меньше, электроны слабо удерживались бы и атомы были бы нестабильными.

В обоих случаях сложная химия и физика в привычном виде были бы невозможны.

В атомной физике 137 появляется при анализе структуры уровней энергии, так называемой тонкой структуры спектральных линий. Это релятивистские поправки к модели Бора, и именно «a» определяет, насколько уровни энергии расщепляются. Без этого числа мы не смогли бы точно определять состав звёзд и галактик по их свету.

Число 137 проявляется в квантовой электродинамике — теории, описывающей взаимодействие света и заряженных частиц. В вычислениях Фейнмана взаимодействия электрона и фотона даёт множитель, связанный с «a». Чем сложнее процесс, тем больше степеней «a» появляется в разложениях. Поэтому точность предсказаний квантовой электродинамики напрямую связана с точным знанием этого числа. Именно благодаря этому мы можем вычислять магнитный момент электрона с точностью до двенадцатого знака после запятой.

В релятивистской квантовой механике существует критическое значение заряда ядра, при котором электрон на ближайшей орбитали должен двигаться со скоростью света.

При элементах с зарядом ядра больше 137 стандартное описание атома ломается, и нужна более сложная теория. Да и атома существовать уже не будет.

Мы можем измерить «a» с фантастической точностью, но не можем вывести его из первых принципов. В теории струн, в теориях великого объединения и в попытках построить теорию всего предполагается, что однажды это число будет вычислено из фундаментальных симметрий пространства-времени. Пока же оно остаётся эмпирической константой, данностью Вселенной.

Были приведены некоторые примеры, где проявляется число 137, но практически во всех случаях учёные приходят к ней независимо друг от друга. В теории относительности проявилась постоянная тонкой структуры, а в физике атома оказалось, что 137 протонов — это физический предел таблицы.

Процесс построен не на том, что ядерщики увидели постоянную тонкой структуры и решили применить её в описании ядра атома. Загадка исходит из спонтанного повторения этого значения в самых разных случаях.

Именно это повторение во многом пугает физиков. Оно подсказывает, что есть некоторый скрытый уровень знания, про который нам практически ничего не известно.