【原】氢原子光谱的精细结构

氢原子是最简单的原子，它的原子核就是单一的一个正电荷，因此，两个有效核电荷数都等于1。由此可以写出氢原子的总能量：

氢原子有几个系列的光谱线，其中从 n>1 的能级向 n=1 的能级跃迁产生的光谱线位于紫外区，属于赖曼线系。产生赖曼线系的能级跃迁可以示意性地写成：

最早认识的光谱线是氢原子在可见光波段发出的几条光谱线，它们属于同一个光谱线系：巴尔末线系。后来发现，巴尔末线系还包括紫外区的一些谱线。这些谱线是从 n>2 的能级向 n=2 的能级跃迁产生的，这些能级跃迁可以示意性地写成：

量子力学理论的预言

量子电动力学的预言

巴尔末线系的第一条光谱线由从 n=3 的能级向 n=2 的能级跃迁产生，考虑精细结构后，共有7个跃迁，产生5个频率成分。由于 5 个频率成分的间隔很小，只能分解成两条谱线。迈克尔逊和莫雷最先观测到这个双线结构，在光谱线的强度分布图中，两个高峰的波长差是0.135埃。实验结果与量子力学的理论预言基本相符。但是，理论与观测的差值0.005埃不可能来自实验误差，这就引出了新的问题。

为了解释巴尔末线系的精细结构情况，帕斯特耐克提出，假如2²S₁/₂能级比2²P₁/₂能级高约4×10⁻⁶eV，就可以说明这个差别。1947年，蓝姆通过实验证实，从2²S₁/₂能级到2²P₃/₂能级的吸收跃迁频率较原先估算的小了1000兆赫，第一个峰分裂出来的两条谱线的平均效果就足以说明观测与理论的差别。这个实验事实显示，2²S₁/₂能级确实较原先的计算结果抬升了一点，后来就被称为蓝姆移位，它表明原先的量子力学理论有问题。

量子力学理论只考虑原子核的库仑场对电子的作用。根据后来发展的量子电动力学，有两个原因产生蓝姆移位：电子与它自身发出的辐射有相互作用；原子核的电场会产生虚正负电子对，对电子产生屏蔽作用，称为真空极化。虚正负电子对湮没成虚光子再被电子吸收，使原子核的电场对电子的作用比直接作用稍弱。这些作用对S态的影响比较强，使能级显示出移位，而对其他能级的影响比较弱，在实验的精度内可以被忽略。