Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 87)

Hóa học lượng tử

Vì nó nghiên cứu các phân tử thay vì từng nguyên tử hay từng hạt, nên hóa học thường được xem là cách vật lí hạt một bậc về cấp độ. Tuy vậy, tính chất lượng tử của các nguyên tử vẫn có tác dụng lên nhiều phương diện hóa học. Liên kết hóa học được hình thành bởi sự tráo đổi hoặc chia sẻ electron giữa các nguyên tử khác nhau để mỗi nguyên tử có được một cấu hình lớp vỏ tương đối bền (hoặc đầy, hoặc đầy một nửa), vì lẽ đó có thể hiểu rằng vật lí lượng tử, bởi việc làm thay đổi nhận thức của chúng ta về các electron và quỹ đạo của chúng, cũng có tác động đối với kiến thức của chúng ta về những liên kết này.

Các nhà vật lí Đức Walter Heitler và Fritz London đã sử dụng phương trình sóng Schrodinger mới được hun đúc để lập mô hình cấu trúc của liên kết giữa hai nguyên tử hydrogen hồi năm 1927. Các nhà hóa học lượng tử ngày nay sử dụng nhiều kĩ thuật đa dạng, kể cả lập mô phỏng trên máy tính, để hiểu rõ hơn các đặc tính electron được phân bố như thế nào xung quanh những phân tử phức tạp hơn, và điều này có ảnh hưởng như thế nào đối với các đặc tính vĩ mô của chúng.

Hóa học lượng tử

Sử dụng cơ học lượng tử để lập mô hình phân bố electron, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn hình dạng và chức năng của các hóa chất phức tạp, ví dụ như phân tử insulin này.

Sinh học lượng tử

Mọi sinh vật sống đều hoạt động dựa trên sự truyền và biến đổi năng lượng để giữ cho chúng còn sống, và ở đâu có năng lượng đang được tiêu thụ thì ở đó thường liên quan đến một quá trình lượng tử. Lĩnh vực sinh học lượng tử đang lớn mạnh tìm cách giải thích các quá trình sinh học thông qua lăng kính cơ học lượng tử.

Phần lớn chức năng của sự sống thực vật và động vật đều dựa trên các phản ứng hóa học vốn được xác định trên hành trạng lượng tử của các electron. Sự hấp thụ ánh sáng có thể dùng để tạo ra hóa năng hoặc gửi thông tin đến các cơ quan cảm giác. Trong khi đó, các neuron trong não chúng ta là các nút mạng của một mạng lưới hóa và điện hoạt động trên một cấp độ lượng tử. Các enzyme, các trại cải tạo hóa học xúc tác các phản ứng hóa học trong cơ thể chúng ta, dường như sử dụng sự chui hầm lượng tử để giúp di chuyển electron qua các hàng rào năng lượng không thể xuyên thủng xung quanh các phân tử. Nếu chúng ta có thể hiểu những quá trình này hoạt động như thế nào, thì có lẽ chúng ta sẽ có thể tạo ra các chất xúc tác nhân tạo để sản sinh năng lượng và tạo ra những phân tử mới bằng những cách thân thiện với môi trường.

Sinh học lượng tử