¿Son los átomos iguales en sentido absoluto, o hay alguna diferencia entre ellos? ¿Es posible que los átomos 2 ‘H’ no sean completamente idénticos?

Answer 1

Esta es una muy buena pregunta y un resultado extremadamente importante, uno de los más importantes de toda la ciencia.
Todos los átomos de cualquier elemento son idénticos. No cerca o similar, pero exactamente idéntico. La razón es la mecánica cuántica.
Primero, todas las partículas subatómicas son indistinguibles; un electrón es indistinguible de cualquier otro electrón. De hecho, si realiza alguna medición en un electrón, por ejemplo, un átomo de hidrógeno, y luego repite el experimento, no hay forma de saber que es el “mismo” electrón. Igualmente las partículas en el núcleo: su masa, carga y espín son siempre idénticas.
Segundo, un electrón que está enlazado en un átomo solo puede ocupar niveles de energía discretos . Se puede encontrar en un nivel u otro nivel, pero no en el medio. Estos niveles de electrones gobiernan toda la química del átomo.
Esto significa, ante todo, que podemos hacer una tabla periódica de los elementos. El hidrógeno tiene una carga nuclear de +1 y un electrón con una carga de -1. El helio es el siguiente: +2 carga en el núcleo y 2 electrones; y así.
No hay un átomo entre ellos: no hay nada con una carga fraccionaria que llene el espacio entre, digamos, hidrógeno y helio.
Debido a que los átomos son idénticos, las moléculas también lo son. Una molécula de agua es la misma que cualquier otra molécula de agua, sin importar de dónde provenga o cuál sea su historia.
Esto parece ser cierto en todas partes del universo. Cuando los electrones pasan de un nivel de energía a otro, absorben o emiten radiación. Debido a los niveles discretos de energía, la radiación para una transición dada es siempre exactamente la misma frecuencia. Podemos ver estas “líneas espectrales” en un laboratorio en la tierra, y exactamente las mismas líneas de absorción en la luz de una estrella o galaxia distante. De hecho, estas líneas se utilizan realmente para determinar el desplazamiento al rojo de objetos distantes en el universo.

Answer 2

Tengo entendido que la idea de que un átomo como el hidron sea un solo electrón que orbita alrededor de un único protón estático es simplista, en lugar de eso, un átomo es un caldero burbujeante de partículas que entran y salen de la existencia, el electrón y el protón son el promedio, por lo que no solo un hidrógeno no es idéntico a otro, un átomo de hidrógeno no es idéntico a sí mismo hace un momento. Ignorando eso, los electrones pueden absorber energía y saltar a un nivel de energía más alto, el nuclear puede hacer lo mismo, tiene su propio nivel de energía pero usa la fuerza nuclear fuerte en lugar del electromagnetismo. Y también puede tener isótopos de átomos, el deuterio es hidrógeno con un neutrón en su núcleo y constituye aproximadamente el 0,002% de todos los átomos de hidrógeno en el universo.

Answer 3

Por supuesto, pueden estar en diferentes estados cuánticos, pero si ambos están en el “estado fundamental” absoluto, son idénticos.

Cuando se describen sistemas de tales partículas idénticas (tomemos átomos de He en su lugar), uno debe tener en cuenta explícitamente los estados de dos partículas en los cuales uno se intercambia por el otro: para los fermiones (como los electrones), tales intercambios agregan un signo menos a la fase ; para los bosones (como los átomos), no.

Una de las consecuencias dramáticas de la identidad idéntica es la condensación de Bose-Einstein, en la que muchos bosones idénticos se encuentran en el mismo estado cuántico exacto, haciendo lo mismo en el mismo lugar al mismo tiempo. Si alguno de ellos tenía “números de serie” secretos que los identificaban de forma única, esto no podría funcionar.

También hay consecuencias para la entropía de gases ideales de partículas idénticas a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto.

Answer 4

Tanto la teoría como el experimento sugieren fuertemente que todas las partículas fundamentales de cada tipo son verdaderamente indistinguibles. La forma habitual de poner esto hoy en día es incluso un poco más fuerte, las partículas del mismo tipo son realmente solo formas de ver un “campo” en lugar de cosas independientes que se parecen mucho unas a otras.

Es casi como verter dos vasos llenos de cerveza en una jarra vacía y luego verter cerveza de esa jarra: tendrás exactamente lo suficiente para llenar dos vasos de una pinta, pero no tiene sentido preguntar qué nuevo vaso de cerveza es el que vertiste primero en la jarra.

Así que pongamos un electrón en una caja de algún tipo, luego agreguemos otra, e incluso más tarde regresemos a la caja para encontrar dos electones en ella. ¿Cuál es la primera partícula que colocamos y cuál es la segunda? Se dice que la pregunta no tiene sentido: hay un campo de electrones que respondió a la introducción de dos partículas en la caja produciendo dos partículas de manera confiable cada vez que las buscamos, pero ninguna es realmente una partícula anterior.

Answer 5

No hay dos átomos idénticos.

Según la teoría de los orbitales moleculares, los electrones pueden estar presentes en cualquier orbital atómico de ese nivel de energía que podría ser diferente para dos átomos del mismo elemento de la misma configuración electrónica.

Answer 6

No hay dos átomos idénticos, ya que diferirán en la dimensión del tiempo. Es fácil conceptualizar esto si piensas que la luz que emana de la estrella parpadeante tiene años. La luz considerada en forma de partículas si se traza contra el tiempo será diferente. También serán diferentes si se trazan en función del tiempo en forma de ondas electromagnéticas.