Можем ли мы говорить о двух атомах, обменивающихся электронами?

Я видел обсуждение этого вопроса на Reddit, поэтому решил спросить здесь, чтобы получить более авторитетный ответ.

Скажем, у вас есть два атома, разделенных так, что волновые функции электрона имеют незначительное перекрытие. Через какой-то процесс каждый атом теряет электрон. Затем каждый из этих электронов движется к другому атому, все время сохраняя расстояние, так что волновые функции по-прежнему имеют незначительное перекрытие. Наконец, электроны снова захватываются атомами.

Можно ли сказать, что электроны поменялись местами? Я могу придумать пару ответов:

  1. Подход «здравого смысла»: да, очевидно, что электроны двигались, будучи пространственно разделенными, и каждый из них оказывался на другом атоме, чем тот, с которого он начал.

  2. Нет, электроны — неразличимые частицы. Конечное состояние отличается от начального на знак, который ненаблюдаем.

  3. Вопрос какой-то бессмысленный; это похоже на вариант 2, но, возможно, в каком-то смысле вы даже не можете задать вопрос.

Я бы подумал, что правильный ответ - вариант 2, но я не знаю, как опровергнуть вариант 1. Какой именно?

А как узнать, с какого электрона начинать? Если, например, два из них имеют противоположные спины, вы можете измерить это свойство, чтобы определить, что есть что. Если они идентичны, вы не только не можете сказать, но я бы сказал, что это даже не имеет значения, и вы уходите в философию.

Ответы (2)

Я бы опроверг аргумент 1 по следующей причине:

Вы предполагаете, что у электронов есть определенная траектория: каждый из этих электронов затем движется к другому атому, все время сохраняя дистанцию . В фундаментальной квантовой механике неизменно присутствует перенос из классической механики в том, что предполагается определенная траектория, но на самом деле нет определенного понятия движения (извините:) в соответствии с квантовой теорией поля.

Мы хотим отличить процесс извлечения двух электронов и перемещения их к другим атомам от извлечения электронов и помещения их обратно в те же атомы. Предположим, что у нас есть система, которая может делать одно из двух, она управляется кубитом, если она находится в состоянии | 0 ⟩ то переключателя нет, пока в состоянии | 1 ⟩ электроны меняются местами. Затем мы можем начать с кубита в состоянии | 0 ⟩ , применить преобразование Адамара U который действует на кубит согласно:

U | 0 ⟩ "=" 1 2 [ | 0 ⟩ + | 1 ⟩ ] U | 1 ⟩ "=" 1 2 [ | 0 ⟩ − | 1 ⟩ ]

что дает кубит в состоянии 1 2 [ | 0 ⟩ + | 1 ⟩ ] , а затем пусть кубит управляет процессом извлечения электронов и их возвращения. Поскольку при перестановке электронов происходит только смена знака, состояние кубита выходит за пределы состояния системы кубит-атом, но теперь оно находится в состоянии 1 2 [ | 0 ⟩ − | 1 ⟩ ] , если затем применить преобразование Адамара U к кубиту, мы обнаруживаем, что сейчас он находится в состоянии | 1 ⟩ .

Если бы электроны всегда возвращались к одним и тем же атомам независимо от состояния кубита, то окончательное состояние кубита стало бы 1 2 U [ | 0 ⟩ + | 1 ⟩ ] "=" | 0 ⟩ .

Можем ли мы говорить о двух атомах, обменивающихся электронами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v