Nichtrelativistik

Nichtrelativistik bezeichnet in der Physik die Beschreibung von Phänomenen, deren Dynamik sich bei Geschwindigkeiten deutlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit c abspielt. In diesem Bereich reichen klassische Mechanik und deren Quantisierung weitgehend aus, und in der Quantenwelt spricht man von Nichtrelativistischer Quantenmechanik (NRQM). Die zentralen Näherungen sind, dass die Bewegungen stark langsamer als Lichtgeschwindigkeit verlaufen und Trägheitseffekte dominieren.

Im klassischen Bereich wird die Bewegung durch das Newtonsche Gesetz beschrieben. In der Quantenmechanik folgt die nichtrelativistische Schrödinger-Gleichung iħ ∂ψ/∂t = H ψ mit dem Hamiltonoperator H = p²/(2m) + V, wobei p = -iħ∇ ist. Die Zeit bleibt eindeutig definiert, und die Theorie besitzt Galilei-Invarianz statt Lorentz-Invarianz. Relativistische Effekte werden durch Korrekturen eingeführt oder durch den Übergang aus relativistischen Gleichungen wie der Dirac- oder der Klein-Gordon-Gleichung in den NR-Bereich hergeleitet; dabei ergeben sich zusätzliche Terme wie Feinstruktur- oder Spin-Orbit-Kopplungen.

Anwendungsbereiche umfassen Atom- und Molekülphysik, Festkörperphysik, Quantenchemie und viele-Teilchen-Systeme bei niedrigen Energien, sowie kalte-Atom-Systeme. Nichtrelativistische Modelle liefern oft präzise Vorhersagen für Spektren, Reaktionspfade und elektronische Eigenschaften.

Grenzen der Nichtrelativistik liegen dort, wo v oder die Energien relativistisch werden oder in Bereichen, die eine volle Lorentz-Invarianz erfordern. In solchen Fällen sind relativistische Theorien und Quantenfeldtheorien notwendig.