Атомные единицы — это система, используемая в атомной физике и квантовой химии, в которой масса электрона, элементарный заряд, приведённая постоянная Планка и постоянная Кулона равны единице, что делает боровский радиус и энергию Хартри естественными масштабами атомной структуры.Атомные единицы — это система измерений, предназначенная для мира атомов и молекул, где естественные масштабы задаются самим электроном. В этой системе масса электрона (mₑ), элементарный заряд (e), приведённая постоянная Планка (ħ) и постоянная Кулона (1/4πε₀) полагаются равными 1. Такой выбор делает боровский радиус — типичное расстояние электрона от ядра водорода — равным 1 атомной единице длины, а энергию Хартри — энергию связи атома водорода — равной 1 атомной единице энергии. Всё в атомной физике тогда становится простым числом: энергия основного состояния атома водорода равна −0,5, радиус орбиты электрона — 1 и так далее.
Атомные единицы были введены физиком Дугласом Хартри в 1920-х годах; он разработал их для упрощения своих численных расчётов атомной структуры, а позднее они были формализованы и широко приняты в квантовой химии.
Чтобы установить атомные единицы, вы определяете единицу массы как массу электрона, единицу заряда как заряд электрона, а единицу момента импульса как ħ. Из этого следует, что единица длины оказывается боровским радиусом (a₀ ≈ 5,29×10⁻¹¹ м), а единица энергии — хартри (Eₕ ≈ 4,36×10⁻¹⁸ Дж). Постоянная Кулона тогда автоматически равна 1, поскольку сила между двумя единичными зарядами на единичном расстоянии равна 1. На практике уравнение Шрёдингера записывают с mₑ = 1, e = 1, ħ = 1 и 1/4πε₀ = 1, и все величины выражаются в этих единицах.
Атомные единицы являются стандартом в программном обеспечении квантовой химии (например, Gaussian и GAMESS) и в исследованиях по атомной физике; они используются для расчёта молекулярных структур, спектров и химических реакций.
В атомных единицах скорость света составляет около 137 — это обратная величина постоянной тонкой структуры, поэтому релятивистские эффекты в атомах малы, но не пренебрежимы.
