Я давно занимаюсь квантовой химией, немного веду научную работу и публикуюсь, хотя специализируюсь на DFT, а это для меня скорее скучная прикладуха. Хотелось бы собрать в этой теме физиков и химиков-квантовиков, чтобы через хорошо известные факты из квантовой химии понять что-то новое в физике. Квантовая химия занимается в основном решением электронного уравнения Шредингера. Основной проблемой квантовой химии является то, что если электронов несколько, нельзя разделить переменные в дифференциальном уравнении, и приходится придумывать математические костыли. Одним из первых был метод Хартри-Фока. В этом методе, вы берёте множество одноэлектронных волновых функций. Вначале я думал что в методе ХФ полная волновая функция это просто произведение волновых функций отдельных электронов, но мне объяснили что на самом деле это их линейная комбинация (слэтеровский детерминант). Зная волновые функции всех электронов, вы имеете электростатический потенциал, создаваемый ими, и с этим потенциалом вы решаете УШ для каждого электрона, получаете таким образом второе приближение, потом третье и т.д., пока итерации не сойдутся. Обычно говорят, что этот подход не учитывает так называемую электронную корреляцию. Хотя на самом деле он учитывает так называемую корреляцию Ферми или обменную корреляцию, которая подразумевает принцип Паули: электроны с одинаковым спином не могут занимать одну область пространства. Но вот электроны с разным спином в методе ХФ могут занимать одну область пространства, что неправильно. Есть более продвинутые методы "Аб Иницио", учитывающие электронную корреляцию полностью. Остановлюсь на методе конфигурационного взаимодействия. Если расширять до предела ряды КВ, плюс расширять до предела базисный набор, то решение УШ стремится к точному (хотя по хорошему надо ещё учитывать релятивизм]. Но с современными компьютерами так можно делать расчёты только для самых маленьких молекул. Так вот, с полным КВ в одной точке пространства не могут поместиться и электроны с противоположным спином (а не только с одинаковым как в ХФ). Это значит, что учёт электронной корреляции приводит к более полному учёту "отталкивания Паули". Как мне объяснили, электронная корреляция это как бы то же самое что квантовая запутанность. Процитирую слова одного человека, которые я пока не до конца понимаю:
И корреляции и запутанность — это отклонение состояния системы от простейшей формы: произведения одночастичных ВФ либо (анти)симметризованного произведения одночастичных ВФ (он же детерминант Слэтера). Технически тут есть небольшая разница: даже решение уравнений Хартри-Фока, то есть решение не учитывающее корреляций, запутано благодаря антисимметризации. Но это запутанность тривиальная, неинтересная и не ведущая к интересным эффектам. Нетривиальные эффекты запутанности появляются когда ВФ отклоняется от простого антисимметризованного произведения — то есть когда решение уравнений Х-Ф не является истинным, то есть когда есть корреляции.
Отсюда у меня вопрос знатокам: насколько верно утверждение, что принцип исключения Паули это следствие квантовой запутанности?
|