Понятия релятивистской квантовой теории

Изучение электронного строения и свойств соединений, образованных элементами четвертого и особенно пятого и последующих периодов периодической системы, требует учета релятивистских эффектов. Скорости движения электронов вблизи ядер атомов данных элементов оказываются соизмеримыми со скоростью света. В результате невозможно пренебречь требованиями теории относительности и нужно использовать другое вместо уравнения Шрёдингера уравнение для нахождения энергий и волновых функций электронов. Под релятивистскими эффектами подразумевают все возможные отличия решений и рассчитанных свойств, полученных в релятивистском и нерелятивистском приближениях. Поэтому релятивистские эффекты не являются каким-то физическим свойством, так как не существует ни релятивистских, ни нсрслятивистских атомов и молекул.

Принцип относительности

Набор координат, служащий для указания положения частиц в пространстве и времени, называется системой отсчета. Если в выбранной системе отсчета свободное движение частицы происходит с неизменной скоростью, т. е. является равномерно-поступательным, го такая система отсчета называется инерциальной.

Принцип относительности утверждает, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Иными словами, уравнение, описывающее некоторый закон через координаты и время в различных инерциальных системах отсчета, имеет один и тот же вид. Взаимодействие материальных частиц осуществляется не мгновенно (как негласно считается в классической и выше рассмотренной квантовой механике), а со скоростью света с. Принцип относительности при условии конечной скорости распространения взаимодействий называется принципом относительности Эйнштейна.

Механика, основанная на принципе относительности Эйнштейна, называется релятивистской. В отличие от нее, механика, основанная на предположении мгновенного распространения взаимодействия, называется нерелятивистской.

Если две системы отсчета событий х_} y, z, t и х у', z t выбраны гак, что оси их параллельны и вторая система движется относительно первой со скоростью v вдоль оси х, то расстояние, пройденное за время Г, будет равно vt. В этом случае переход от одной системы отсчета к другой дается нерелятивистскими формулами — преобразованием Галилея

В релятивистской механике показано, что подобное преобразование, оставляющее неизменными все длины в четырехмерном пространстве х, у, г, t, математически должно выражаться как вращение четырехмерной системы координат х, у, z, t. Соответствующие формулы называются преобразованием Лоренца и имеют вид Очевидно, что в предельном случае, полагая мгновенное распространение событий, с —> со, формулы преобразования Лоренца переходят в формулы преобразования Галилея. Это значит, что формулы релятивистской механики при таком условии должны совпадать с формулами нерелятивистской механики.