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楼主 Author: sgwzq
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[量化理论] 一个关于Hartree-Fock、电子组态与能级的问题,和氧气分子计算的多重度问题

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发表于 Post on 6 day ago | 只看该作者 Only view this author
教材上的处理是哈密顿算符H拆成若干个电子的单电子算符h,每个h写成动能+势能算符的形式,只是每个电子感受到的势能不一样。

这里其实就有问题。电子首先在理论上就是全同的,实践上RHF/RKS的轨道来自同一个Fock算符,UHF也只是分alpha/beta两套(或者从GHF的角度上也可以说是一套)

针对后面的很多问题和讨论,我的感受是,理论是不能脱离实验的。一味地bottom-up地从哈密顿算出一切,很有可能会导致自己算出来的东西自己都没法解释,抓不住主要矛盾。理论化学一直是bottom-up和top-down结合的,实验测到了某些东西,理论再判断这东西能在哪个方法/层次比较合适地描述。不如想这个组态的图像,能解释什么问题,又不能解释什么问题。

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发表于 Post on 6 day ago | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 xxsxb1 于 2026-8-20 17:17 编辑
教材上的处理是哈密顿算符H拆成若干个电子的单电子算符h,每个h写成动能+势能算符的形式,只是每个电子感受到的势能不一样。

这里其实就有问题。电子首先在理论上就是全同的,实践上RHF/RKS的轨道来自同一个Fock算符,UHF也只是分alpha/beta两套(或者从GHF的角度上也可以说是一套)

针对后面的很多问题和讨论,我的感受是,理论是不能脱离实验的。一味地bottom-up地从哈密顿算出一切,很有可能会导致自己算出来的东西自己都没法解释,抓不住主要矛盾。理论化学一直是bottom-up和top-down结合的,实验测到了某些东西,理论再判断这东西能在哪个方法/层次比较合适地描述。不如想这个组态的图像,能解释什么问题,又不能解释什么问题。

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发表于 Post on 6 day ago | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 -HMDS- 于 2026-8-20 12:21 编辑
xxsxb1 发表于 2026-8-20 10:16
这里其实就有问题。电子首先在理论上就是全同的,实践上RHF/RKS的轨道来自同一个Fock算符,UHF也只是分al ...

你的回复出现了两次,最好删掉一个。

电子全同的这个问题我之前已经提到了,光谱学喜欢基于二次量子化的一个主要原因就是因为需要处理这个全同问题,计算光谱和光谱理论我一直觉得是两个东西,虽然现在的TDDFT之类的方法可以算的很准。

后面的观点我其实是反对的,因为我觉得理论部分要分开看,理论是理论,计算是计算,就对光谱而言,群论和不可约表示直和分解这部分对于光谱来说是一个已经完备的东西,现在在某种意义上已经脱离了和实验对比的这一部分。

如果类比的话,就像晶体的空间群一样,基于点群和平移只能展出来两百多个,不可能有新的。后面的准晶也是拓展了对称性种类才得到的,而不是在原有框架下可以构建的。

回到光谱学,基于群里和二次量子化的框架其实已经在数学上把常规的光谱学圈住了,除非是关于新的跃迁机制或者特殊的电子态,否则所有的过程不会超出这一部分(如果真的能超出的话,差不多相当于把数学那边的大厦炸了,拿什么奖都不为过)。但是从实际计算的角度来说,不可能把所有的东西全放在计算里面,而bottom-up和top-down的结合恰恰是因为很多时候不知道哪些相互作用是可以忽略的,哪些是不可以忽略的,而这部分是计算的问题,而触及不到原理本身的层面。

关于组态这类概念我其实不觉得他对应了什么在化学角度可以直接对照的概念,反而更像是一个数学上的抽象的东西。前段时间我写一篇论文的时候就发现其实很多概念在化学这边是被强行对应了一些东西,从而导致了很多的混淆,当时我和Frank Neese邮件交流过这个问题,他的回信里面有这样一段:
Despite of what I have written so far - I like orbitals and we use them everyday. However, orbitals, to me are „interpretation aids“. Fictitous quantities that we can use to construct N-particle wave functions and hence work our way up towards observables. I always distinguish between physical observables and interpretion aids. The latter are not worth arguing about since it is a matter of personal taste what inspires one and what does not.
我的观点其实和他对于轨道的观点是类似的,很多东西比如组态,以及Frank提及的轨道,都是为了去理解一个物理东西的辅助概念,而物理的本质一些东西比如对称性之类的,和这些辅助概念是不一样的,概念可以根据模型去定义,而物理本质不会,那对于组态这个概念来说,我不会认为一个脱离了具体模型的组态概念有什么意义,因为组态本身就是为了去理解光谱而设计的概念。从概念出发去解释物理本质我觉得是有点本末倒置的。

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