主题：【周末来思考一下科学问题】分子原子质子中子电子... -- 月色溶溶
家园 【周末来思考一下科学问题】分子原子质子中子电子... 俺虽然是一个文科生，数学和物理不怎么样，可是初中和高中的化学还是学得很不错的。所以，分子原子那些学得还算明白：
物质是由分子、原子或者离子直接构成的。这个物质之所以是这个物质而不是另外的那个物质，如果是由分子组成的物质，那么就是由原子组成的形式----也就是分子决定的。比如H2O是水，CO2就是二氧化碳，
原子是由质子中子和电子组成的，决定是这种原子而不是那种原子应该是由质子数决定的吧？也就是跟决定是这种元素而不是那种元素一样？当然还有同位素问题，那是因为质子一样的时候，中子数还可以不一样。
那么我想问一下，这世界上除了不一样的很多不同种类的分子原子和元素，作为构成物质的很小的单位的质子中子和电子，是不是都是一样的呢？虽然现在好像还可以再分成“夸克”啊什么的，那就不管了。
也就是说，世界上所有的质子，所有的中子，所有的电子，都是同样的吗？是不是只有一种质子，一种中子，一种电子？这世界上的东西，细分到最后，是不是都是一样的东西构成的？
说得绕死了。
家园 主观臆测一下，纯属瞎猜胡说 观测水平粗糙，就一样。
观测水平细腻，就不一样。
宇宙无穷大，那么微观世界是不是可以无限分下去呢。
家园 世界是由LEGO组成的 这个世界啊，是有基本粒子的，那就是乐高
这个基本的乐高啊，也有几种，一个点，两个点，四个点还有六个八个的。（电子，夸克）
不能再分了，再分，你就把乐高搞坏了，就不是乐高了。
不过同样的乐高间都是一样的（粒子全同），是可以随意互换的。要说不一样啊，只有颜色的差别（自旋）。但是对于色盲，那就分不出来了。（无法观测不同）
然后，我们用这些基本的乐高组合成一些基本的大小不同的组件（质子，中子，原子，分子）
最后，我们再用这件组件组成了整个世界.........
世界，是由乐高组成的！
家园 微观世界到宏观用人做比方 原子水平的操作手艺还不行；分子改造，比如蛋白分子还没有多少是成功的；细胞改造倒是进步很大，可惜距离完全掌握、实用化还是没把握；组织培养，都是实验室里做；克隆人这个倒是最容易的-其实比老鼠要简单，毕竟跟人沟通容易的多。
家园 所有的质子是全同的，中子、电子亦然 用大白话来说，所有的质子都是一样的，所有的中子都是一样的，所有的电子也都是一样的。但是这句话实际的意思是什么，就不是口语能够说得清楚的了。它实际的意义是，对于一个多个全同粒子的体系，其波函数psi(r_1,r_2,...,r_N)对于其中任何两个粒子的置换是对称的或者反对称的（r_i是第i个粒子的坐标，仔细说起来包括空间位置和自旋），亦即：
psi(r_1,r_2,...,r_i,r_j,...,r_N)=+-psi(r_1,r_2,...,r_j,r_i,...,r_N)
究竟取正号还是负号，由粒子的自旋决定：整数自旋的粒子（如光子、中微子）取正号，半整数（即整数加上1/2）自旋的粒子（如电子）取负号。
在量子力学，一个体系的波函数乘以一个常数，和原来的波函数描述的是同一个状态。所以你看到，无论取正号还是负号，两个粒子互换后状态不变。在这个意义上，无法分辨两个粒子是不是互换过了，所以说它们是全同的。也就是在这个意义上，宏观物体是可以分辨的，两块冰或两个人是明确的不同的。
家园 一点补充 各个全同粒子在波函数在空间上有交叠是必需，在此时才需要把多体波函数写成全对称（玻色子）或者全反对称形式（费米子）。如若不然，则随便你怎么交换两个奇半整数自旋粒子的位置事实上不会出负号，因为此时波函数只是直积的可分离态。
- 复 一点补充
家园 如果全对称或者全反对称。 那么意味着什么。
是常态还是特殊态。
有扰动怎么办。
还能对称吗。
呵呵，纯外行问题，见谅
家园 只要不可分辨,总可以做对称化或反称化 如果空间上是有overlap,则必需反称化或对称化,这样才能反应真实物理过程.
- 复 一点补充
家园 这貌似是纯态和混态的差异吧？记不太清了。 混态还是应该用密度矩阵来描述比较好。
老兄做凝聚态的？
对多电子体系的东西表示一下敬仰之情！
家园 能用一个多粒子波函数表示的状态就是纯态 混合态是多个纯态按一定经典几率分布混合起来（与量子叠加不同）得到的。
- 复 一点补充
家园 你说的完全正确，不过太技术性了 跟没学过量子力学的人谈，很难让人家明白你确切的意思。而且这是个细节性的补充，不是原理性的，所以不提也罢。
BTW：即使是两个没有空间交叠的费米子，互换之后整体的波函数也应该反号吧？事实上，正是为了让这样的体系满足粒子交换的反对称性，所以整体的波函数不是各个单粒子波函数的直积，而是Slater行列式（老兄有没有学过Hartree-Fock方程？）。举例来说，两个电子1和2排布在两个单电子波函数phi1和phi2上，整体的波函数不是phi1(r_1)*phi2(r_2)，而是1/sqrt(2)[phi1(r_1)*phi2(r_2)-phi1(r_2)*phi2(r_1)]。正因为这样，求解多电子体系才是一个令人头疼的问题，否则用直积就简单多了。
家园 比较精细 你总是可以对电子做反称化，但对于相距遥远的电子做反称化是没有意义，因为对于相距遥远的电子做完反称化，你很快就会发现，交叉项对可观测物理量其实是没有贡献的！所以对于空间上没有overlap的电子，我们没有必要把问题复杂化去做无谓的反称化。（张永德，《量子力学》，第一版，第二次印刷，P191-P192，或任意版，第六章第三节第二小节里的应用举例一段）
Hatree-Fock近似是对多体电子体系的一种近似描述，在这个近似体系里，之所以我们把多电子波函数取成了slater行列式，那是因为我们已经假定了这多电子体系内的电子间已经存在空间上的overlap了，这时我们自然的用slater行列式来写出来实现一种可能的简单的全反称化形式。比如当我们取一种最简单的形式，就是把每一个电子波函数用平面波近似写出来，那显然这时所有这些电子之间必然存在空间上的overlap，这时自然必需反称化以更“真实”的反应物理过程，在金属内部这可以是一种好的描述。（Ashcroft/Mermin, Solid State Physics,P330-P334）
你是四系的宋老师吧？