英国科学家最近利用可见光线射过单层的石墨烯（graphene），瞥到一个重要但神秘的宇宙基本常数——精细结构常数（fine structure constant）。相关论文在线发表于《科学》杂志上。
精细结构常数是物理学中一个重要的无量纲数，用希腊字母α表示，它与量子电动力学有着紧密的渊源。精细结构常数将电动力学中的电荷e、量子力学中的普郎克常数h、相对论中的光速c联系起来，定义为α=(e^2)/(2ε0*h*c)，而其大小为什么约等于1/137至今尚未得到令人信服的回答。目前，许多物理学家正在致力于研究精细结构常数随时间的变化。著名物理学家费曼曾说：这个数字自五十多年前发现以来一直是个谜。所有优秀的理论物理学家都将这个数贴在墙上，为它大伤脑筋……它是物理学中最大的谜之一，一个该死的谜：一个魔数来到我们身边，可是没人能理解它。你也许会说“上帝之手”写下了这个数字，而我们不知道他是怎样下的笔。
领导该项研究的是英国曼彻斯特大学物理与天文学学院的Andre Geim教授，他在2004年与Kostya Novoselov一道发现了石墨烯。在最新研究中，Geim和同事发现，这种世界上最薄的单原子石墨烯材料能够吸收可见光中精确的一小部分，这让他们能够直接确定出精细结构常数的值。而来自葡萄牙Minho大学的理论物理学家也从理论上为此次的发现找到了依据。
宇宙万物和地球生命实际上受到一些精确数字的控制，这些常数包括光速、一个电子电荷等。在众多数字中，精细结构常数无疑是最神秘的一个。它的含义是超快运动电荷与光线的耦合程度，或者说是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量。
Geim说，“精细结构常数百分之几的改变就有可能让生命从未诞生，因为这可能阻止较轻元素通过核反应形成碳原子。没有碳原子就意味着没有生命。”
Geim与Rahul Nair和Peter Blake两位博士一道，首次创造出巨大的悬浮石墨烯薄膜。他们发现，尽管只有单层原子厚度，但石墨烯有相当的不透明度，可以吸收大约2.3%的可见光。而相关的理论研究也表明，如果将这一数字除以圆周率π，就会得到较为精确的精细结构常数值。
研究人员认为，这一结论的根本原因在于石墨烯中特殊的电子结构和电子好比完全失去了质量的行为方式，这一事实已经被全世界的科学家重复过多次了。
不过，用度量学标准来看，用光学确定该常量在精确度上是相对较低的。此次研究的最大亮点在于它的“极端”简易性，因为测定基础常量通常需要十分复杂的设备和特殊的条件。Geim表示，“当发现一种基础效应可以用如此简单的方法进行测定时，我们真的大吃一惊。一个人透过石墨烯就能对宇宙进行最为基础的一瞥。”（科学网 任霄鹏/编译）
（《科学》（Science），DOI: 10.1126/science.1156965，R. R. Nair, A. K. Geim）
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