К ВОПРОСУ О НЕОБХОДИМОСТИ ПОВТОРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО РЕЛЯТИВИСТСКОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ

Аннотация

The results of experiments carried out to find out the appropriateness of presenting the basics of the special theory of relativity and ways of deriving the Klein-Gordon and Dirac equations are outlined. It is shown that attention should be paid to the basic principles of the theory. In this regard, four-dimensional world vectors, 4-momentum, 4-potential, etc. in Minkowski space-time are used. For the process of derivation of the Klein-Gordon and Dirac equations, it is not recommended to use various simplifications that do not require such important expressions as Dirac matrices or the relation between energy and momentum of a particle. It is suggested that relativistic "Schrödinger-type" equations be used in solving specific problems and in homework assignments. It is shown that the application of the proposed methodology resulted in a noticeable increase in students' academic performance and their interest in the studied educational material. Keywords: relativistic quantum mechanics, teaching methodology, Schrödinger type equations, efficiency of teaching process, pedagogical experiment. Введение. Специальная теория относительности (СТО) и квантовая механика возникли примерно одновременно независимо друг от друга. Первые уравнения квантовой 1 97 International scientific journal ISSN: 2181-3906 «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» 2024 VOLUME 3 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ механики, такие как уравнение Шрёдингера, были нерелятивистскими. Несмотря на то, что, эти уравнения удовлетворительно описывали известные в то время многие физические явления, некоторые даже очень ключевые вопросы, как тонкая структура спектра атомов водорода, оказались не объясненными. Уравнение Шрёдингера является инвариантным относительно преобразований Галилея и не является инвариантным относительно преобразований Лоренца. Однако, с учётом специальной теории относительности было разработано так называемое "уравнение Шрёдингера в форме Клейна-Гордона", которое и описывает частицы с учетом специальной теории относительности. Уравнение Клейна- Гордона более точно согласуется с принципами относительности и включает в себя эффекты, связанные с относительной скоростью частицы и нерелятивистской природой уравнения Шрёдингера. В этой связи изучение релятивистской квантовой механики, как правило, начинается с изучения способов вывода уравнения Клейна-Гордона и физических следствий его решения. При этом, из-за постоянного существования недостаточности бюджета времени всегда существует вопрос о напоминании или повторного изложения основ теории относительности при переходе к изучению релятивистской квантовой механики. Действительно, большинство современных учебников или учебных пособий основаны на использовании уравнений Шрёдингера и Паули. В то же время релятивистская квантовая механика выдвигает на первое место использование уравнений Клейна-Гордона и Дирака, требующих более продвинутой математической подготовки [1-2]. Известно, что объем повторения СТО может быть изменен в зависимости от особенности студенческой аудитории, в первую очередь от уровня подготовки студентов. Студенты, которые уже имеют хорошее понимание СТО, могут не нуждаться в полном повторении. Однако, даже и в этом случае следует рекомендовать повторение основных принципов теории относительности для укрепления понимания студентов. Естественно, релятивистская квантовая механика строится на базе СТО и, поэтому, без понимания основных требований теории относительности невозможно понять самые основные понятия и концепции любой релятивистской теории. В то же время, включение повторения специальной теории относительности в программу обучения зависит от уровня и целей аудитории, а также от содержания изучаемого курса. Здесь особое важное место занимают интересы студентов, которые, во многих случаях оказываются зависящими от их будущей трудовой деятельности или других объективных факторов. Поэтому, конкретные цели и содержание курса, уровень знаний студентов, предоставленный для курса бюджет времени могут быть определяющими при принятии конкретных педагогических решений. В то же время следует учесть концепцию "современной молодёжи", которая подразумевает особенности современных студентов и их подход к образованию. Однако, по-видимому, эта концепция не требует особого педагогического обращения [3]. Современные студенты выросли в информационной среде, где доступ к знаниям и информациям легче благодаря интернету и новым технологиям. Это может повлиять на их подход к учебе и степень мотивации. В свете этого, преподаватели могут применять некоторые современные методики обучения, чтобы сделать обучение более привлекательным и эффективным для современной молодёжи (интерактивные методики, использование новых технологий, таких как веб-платформы, видеолекции, интерактивные 1 98 International scientific journal ISSN: 2181-3906 «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» 2024 VOLUME 3 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ учебные приложения и т.д., акцент на практических навыках, формативная оценка, подд