Томасовская прецессия – релятивистский кинематический эффект, заключающийся в том, что ось гироскопа поворачивается (прецессирует), когда его точка подвеса движется по криволинейной траектории, и являющийся релятивистским обобщением классического эффекта. Гироскоп – симметричное твёрдое тело, быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии. В общем случае под гироскопом можно также понимать частицу, а точнее, её спин. В мгновенно сопутствующей (сопровождающей) инерциальной системе отсчета угловая скорость прецессии

где  и – скорость и ускорение гироскопа в лабораторной системе отсчета, . Если точка подвеса гироскопа движется по окружности радиусом r с постоянной угловой скоростью , то .

В лабораторной системе отсчета угловая скорость прецессии в  раз меньше

;

в частности, при движении по окружности (рисунок 1).

 

Томасовская прецессия объясняется относительностью понятия криволинейного поступательного движения системы материальных точек. Если в одной инерциальной системе отсчета K скорости всех точек тела в момент времени t одинаковы, то в другой инерциальной системе отсчета K’ в момент времени t’ при ускоренном движении тела они будут разными.
 

Эффект предсказал в 1926 г. Л. Томас; он учел связанные с прецессией поправки при расчете спин-орбитального взаимодействия в атоме водорода, получил согласующуюся с экспериментом тонкую структуру спектральных линий и правильно описал аномальный эффект Зеемана. Томасовская прецессия позволяет также качественно объяснить спин-орбитальное взаимодействие нуклонов в атомном ядре и причину обращения дублетов в ядре. В 1978 томасовская прецессия была зарегистрирована для мюонов на ускорителе в ЦЕРНе. Влияние томасовской прецессии приводит к сдвигу нуля интерференционной картины встречных волн де Бройля частиц (электронов, нейтронов и др.) в кольцевых интерференционных датчиках угловой скорости.

В квантовой физике томасовская прецессия проявляется в осцилляции комплексных амплитуд вероятности спиновых состояний частицы в силовом поле.

Сторонники релятивисткой теории относительности постоянно подчеркивают, что механика Ньютона что-то не описывает по сравнению с СТО. Например, рассматривается так называемая прецессия Томаса (эффект поворота стержня в СТО как проявление "относительности одновременности") и утверждается, что в механике Ньютона гироскоп всегда сохраняет свою ориентацию. Однако, как известно из квантовой механики, момент спина электрона всегда направлен либо по, либо против направления орбитального момента, то есть в данном случае он перпендикулярен плоскости орбиты (и скорости электрона). А в этом общепринятом случае и механика Ньютона и СТО сохраняют направление гироскопа, перпендикулярное плоскости орбиты.

Если все же предположить наклонную ориентацию спина электрона и вспомнить, что мы имеем не просто гироскоп (вращающийся шарик), а заряженную частицу, обладающую магнитным моментом, то в магнитном поле заряженного ядра под действием сил будет наблюдаться прецессия спина электрона, которая может быть описана классическим образом (насколько вообще объекты микромира позволяют это сделать). Для классического описания данного явления (без интерпретаций СТО) необходимо знать все параметры атома, включая ориентации спинов и моментов. Более того, в классическом случае, даже при ориентации спина электрона перпендикулярно орбите, возможна прецессия, если момент ядра не перпендикулярен орбите (да и ядро тоже может прецессировать). В реальной задаче многих тел всегда происходит согласование всех движений, включая все орбиты, все прецессии, смещения всех перигелиев.

Современное использование понятия спина частиц в СТО является внутренне несогласованным. Дело в том, что при столкновениях частицы движутся друг относительно друга и вдобавок изменяют свое движение, а в движущейся системе момент количества движения (как орбитальный, так и спин) должен согласно СТО отличаться от той же величины в покоящейся системе. Как же спин может оставаться инвариантным и участвовать в строгих числовых равенствах (релятивистских законах сохранения)?

Кроме того, прецессия Томаса как кинематический эффект СТО внутренне противоречива, так как процесс вращения выходит за рамки инерциальных систем СТО (прямолинейного равномерного движения).