En esencia, solo hay UN átomo para el que hemos resuelto los orbitales atómicos y ese es el hidrógeno . Podemos obtener las soluciones exactas para el hidrógeno porque la ecuación de Schroedinger es “separable” y se pueden encontrar soluciones analíticas para las “partes” (este es un método matemático que se puede hacer para cualquier ion que sea hidrogénico. Entonces, por ejemplo, un helio El ion con un electrón y dos protones también se puede resolver exactamente. Otro ejemplo es un ion de litio con dos electrones eliminados. Cada uno de estos ejemplos tiene un solo núcleo y un solo electrón.)
Pero no hay una solución matemática exacta para un problema de tres cuerpos . Como tal, un átomo de helio, que tiene un núcleo y dos electrones = 3 partículas, no tiene una solución exacta. Solo podemos comprender los orbitales de estos átomos de partículas múltiples computacionalmente … es decir, usando computadoras que iteran el cálculo y eventualmente se acercan lo suficiente a la solución con el tiempo suficiente …
He leído las respuestas enviadas por otros y mi respuesta a esta pregunta NO desacredita sus respuestas … Estoy presentando una respuesta teórica que está más en línea con el pensamiento de un físico.
- ¿Cómo definirías el enredo?
- ¿Cuál es la derivada de una función constante?
- Soy un estudiante de CS interesado en estudiar física cuántica como hobby, ¿por dónde debería comenzar?
- ¿Cuál es el factor principal entre el centro de masa y los cálculos del marco de laboratorio?
- ¿Cómo debería resolver la verificación de la ecuación de onda de Schrodinger en la situación que describí para el mundo cuántico en relación con lo que hice con los dados como se puede ver a continuación?
Uno de los procedimientos matemáticos que implementamos actualmente se llama “teoría de la perturbación de muchos cuerpos”, e implica comenzar con una buena suposición de la función de onda y perturbarla un poco, una y otra vez, hasta que se obtenga una solución suficientemente buena.
¡Pero hay esperanza! Con el advenimiento de las computadoras cuánticas podremos calcular estas funciones de onda exactamente, pero la computadora cuántica es un sistema entrelazado cuántico a gran escala muy frágil y la humanidad aún no ha creado tal computadora.
¿Qué hay de las moléculas? Para calcular los orbitales moleculares tenemos una variedad de métodos aproximados, el más común de los cuales es probablemente la teoría funcional de densidad y estos cálculos son fundamentalmente más complicados y pueden necesitar simetría en la molécula o conjeturas notables para tener una oportunidad y llegar a cualquier tipo de solución. .
¡Pero su pregunta se refiere a la diferencia entre los orbitales atómicos y moleculares y todo lo que he indicado es la diferencia en su capacidad de cálculo!
La verdadera diferencia entre los orbitales de hidrógeno y cualquier cosa con muchas partículas es intrínsecamente mecánica cuántica: ENTANGLEMENT .
NO hay un análogo clásico del enredo cuántico, así que respire profundamente antes de leer más.
El entrelazamiento cuántico ocurre cuando una función de onda única describe muchas partículas. En tales circunstancias, detectar una partícula administrará instantáneamente la (s) otra (s) con naturalezas distintas.
Considere, por ejemplo, un átomo de helio con dos electrones que orbitan alrededor del núcleo y en el estado fundamental. Uno de estos (no sabe cuál) ha girado y el otro ha bajado. Estos dos electrones están enredados. Si determina que uno tiene un giro dado, entonces automáticamente, el otro tiene el giro opuesto.
¿Y qué?
Bueno, imagina que el átomo de helio está sentado en el horizonte de eventos de un agujero negro con la mitad del átomo de helio dentro del horizonte de eventos y la otra mitad fuera del horizonte de eventos. (Sí, esto es una locura por muchas razones …). Si mides el giro del electrón en el interior, de alguna manera, ¡eso significa que el electrón en el exterior es lo contrario! Pero, ¿cómo se puede conectar el electrón en el exterior para luego girar en sentido opuesto? (Tal vez no te importe porque vas a morir de todos modos …)
La respuesta es que hay una conexión profunda entre la gravitación y el enredo cuántico. De hecho, ¡la gravedad es un enredo cuántico!
Pero esa es una respuesta demasiado esotérica a la pregunta “¿y qué?” ¿Cómo complica el enredo los orbitales moleculares? Las partículas enredadas están correlacionadas, no importa cuán distantes estén unas de otras. Esta es la clave para la teletransportación: la teletransportación cuántica es un proceso mediante el cual la información cuántica (por ejemplo, el estado exacto de un átomo o fotón) puede transmitirse (exactamente, en principio) de un lugar a otro, con la ayuda de la comunicación clásica y previamente enredo cuántico compartido entre el lugar de envío y el de recepción. Wikipedia tiene un buen resumen de teletransportación, pero permítanme escribir que los experimentadores han logrado teletransportarse a distancias globales.
Los superconductores dependen del enredo.
Los electrones en los orbitales hibridados del benceno están enredados.
En resumen, los orbitales moleculares están altamente enredados y, en consecuencia, son diferentes de los orbitales de un átomo de hidrógeno que implican exactamente NO enredos.
Pero, de nuevo, ¡no son realmente diferentes porque un estado enredado es una superposición lineal de los estados desenredados! ¡Sí, la superposición es un axioma de la mecánica cuántica! Y los orbitales se describen mediante funciones de onda que son funciones imaginarias, entonces, ¿cómo puede alguien juzgar si son iguales o diferentes?
