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从头计算法

指数 从头计算法

全始计算法(ab initio method)在量子化学计算中指基于量子力学基本原理直接求解薛定谔方程的量子化学计算方法。从头计算法的特点是没有经验参数,并且对体系不作过多的简化。对各种不同的化学体系采用基本相同的方法进行计算。目前的从头计算法包括基于哈特里-福克方程的哈特里–福克方法、在哈特里–福克基础上引入电子相关作用校正而发展起来的后哈特里–福克方法,以及多组态多参考态方法等。与半经验方法相比,从头计算法精度高,但耗时长。.

5 关系: 哈特里-福克方程玻恩–奥本海默近似计算薛定谔方程量子化学

哈特里-福克方程

哈特里-福克方程(Hartree–Fock equation),又称为HF方程,是一个应用变分法计算波函数的方程式,是量子物理、凝聚態物理學、量子化学中最重要的方程之一。HF方程形式上是单电子本征方程,求得的本征态是单电子波函数,即分子轨道。以HF方程为核心的数值计算方法称为“哈特里-福克方法”(Hartree–Fock method)。 基于分子轨道理论的所有量子化学计算方法都是以HF方法为基础的。鉴于分子轨道理论在现代量子化学中的广泛应用,HF方程被视为现代量子化学的基石。.

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玻恩–奥本海默近似

玻恩–奥本海默近似(Born-Oppenheimer approximation,简称BO近似,又称绝热近似)是一种普遍使用的解包含电子与原子核的体系的量子力学方程的近似方法。 在用量子力学处理分子或其他体系时,需要通过解薛定锷方程或其他类似的偏微分方程获得体系波函数。这个过程往往由于体系自由度过多而非常困难,甚至无法进行。据波恩-奥本海默近似中,考虑到原子核的质量要比电子大很多,一般要大3-4个数量级,因而在同样的相互作用下,電子的移動速度會較原子核快很多,这一速度的差异的结果是使得电子在每一时刻仿佛运动在静止原子核构成的势场中,而原子核则感受不到电子的具体位置,而只能受到平均作用力。由此,可以实现原子核坐标与电子坐标的近似变量分离,将求解整个体系的波函数的复杂过程分解为求解电子波函数和求解原子核波函数两个相对简单得多的过程。 在波恩-奥本海默近似下,体系波函数可以被写为电子波函数与原子核波函数的乘积 波恩-奥本海默近似由于在大多数情况下非常精确,又极大地降低了量子力学处理的难度,被广泛应用于分子结构研究、凝聚体物理学、量子化学、化学反应动力学等领域。 玻恩–奥本海默近似是由物理学家奥本海默与其导师玻恩共同提出的。.

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计算

計算(Calculation)是一種將「單一或多個的輸入值」轉換為「單一或多個的結果」的一種思考過程。 計算的定義有許多種使用方式,有相當精確的定義,例如使用各種算法進行的「算术」,也有較為抽象的定義,例如在一場競爭中「策略的計算」或是「計算」兩人之間關係的成功機率。 將7乘以8(7x8)就是一種簡單的算術。 利用布莱克-斯科尔斯模型(Black-Scholes Model)來算出財務評估中的公平價格(fair price)就是一種複雜的算術。 從投票意向計算評估出的選舉結果(民意調查)也包含了某種算術,但是提供的結果是「各種可能性的範圍」而不是單一的正確答案。.

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薛定谔方程

在量子力學中,薛定諤方程(Schrödinger equation)是描述物理系統的量子態怎樣隨時間演化的偏微分方程,为量子力學的基礎方程之一,其以發表者奧地利物理學家埃尔温·薛定諤而命名。關於量子態與薛定諤方程的概念涵蓋於基礎量子力學假說裏,無法從其它任何原理推導而出。 在古典力學裏,人们使用牛頓第二定律描述物體運動。而在量子力學裏,類似的運動方程為薛定諤方程。薛定諤方程的解完備地描述物理系統裏,微觀尺寸粒子的量子行為;這包括分子系統、原子系統、亞原子系統;另外,薛定諤方程的解還可完備地描述宏觀系統,可能乃至整個宇宙。 薛定諤方程可以分為「含時薛定諤方程」與「不含時薛定諤方程」兩種。含時薛定諤方程與時間有關,描述量子系統的波函數怎樣隨著時間而演化。不含時薛定諤方程则與時間無關,描述了定態量子系統的物理性質;該方程的解就是定態量子系統的波函數。量子事件發生的機率可以用波函數來計算,其機率幅的絕對值平方就是量子事件發生的機率密度。 薛定諤方程所屬的波動力學可以數學變換為維爾納·海森堡的矩陣力學,或理察·費曼的路徑積分表述。薛定諤方程是個非相對論性方程,不適用於相對論性理論;對於相對論性微觀系統,必須改使用狄拉克方程或克莱因-戈尔登方程等。.

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量子化学

量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。将量子理论应用于原子体系还是分子体系是区分量子物理学与量子化学的标准之一。目前认为最早的量子化学计算是1927年布劳(Ø.Burrau)对离子以及同年瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦对H2分子的计算,开创量子化学这一個交叉学科。经过近八十年发展之后,量子化学已经成为化学家们广泛应用的一种理论方法。.

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