Süperpozisyon  ile orbital kavramları aynı şeyler mi? Değilse aralarındaki farklar nelerdir?

Hayır, süperpozisyon ile orbital aynı şeyler değildir. Kısaca özetlemek gerekirse orbital, bir elektronun atom çekirdeği etrafında bulunabileceği kuantum durumunu ve bu duruma karşılık gelen olasılık dağılımını tarif eden bir dalga fonksiyonudur. Süperpozisyon ise kuantum mekaniğinin temel bir ilkesidir ve bir parçacığın aynı anda birden fazla farklı kuantum durumunun doğrusal birleşiminde bulunabilmesini ifade eder.

Konuyu biraz daha gözümüzde canlandıralım. Orbitalleri atomun içindeki odalar ya da adresler gibi düşünebilirsiniz. Çekirdeğin etrafındaki s, p, d gibi orbitaller, elektronun bulunabileceği belirli enerji seviyelerini tanımlar. Kuantum fiziğinde Heisenberg belirsizlik ilkesi gereği elektronun yerini kesin bir nokta olarak bilemeyiz, sadece nerede olma olasılığının yüksek olduğunu hesaplayabiliriz. Hani babaların pazar akşamı televizyon karşısındaki koltukta bulunma ihtimali yüzde doksanın üzerindedir ya, orbital de elektron için benzer bir olasılık bulutudur.

Süperpozisyon ise bu durumların üst üste binmesidir. Klasik dünyada bir insan ya salondadır ya da mutfaktadır. Ancak atom altı parçacıkların o tuhaf dünyasında bir elektron, dışarıdan bir ölçümle veya etkileşimle rahatsız edilmediği sürece aynı anda hem s orbitalinde hem de p orbitalinde var olabilir. Yani süperpozisyon, birden fazla durumun matematiksel olarak toplanarak tek bir geçerli kuantum durumu oluşturması kuralıdır.

Aralarındaki ilişkiyi daha somutlaştırmak gerekirse, süperpozisyon olmadan bugün bildiğimiz kimya bile var olamazdı. Örneğin kimyada karşımıza çıkan sp3 hibrit orbitalleri, tam olarak bir adet s orbitali ile üç adet p orbitalinin kuantum mekaniksel süperpozisyonudur. Benzer biçimde kimyasal bağları açıklayan moleküler orbitaller de atomik orbitallerin birbiriyle üst üste binmesi, yani süperpozisyonu ile inşa edilir.

Özetle orbital, sistemin belirli bir durağan durumunu veya olasılık bölgesini ifade eden matematiksel bir yapıdır. Süperpozisyon ise bu yapıların birbiriyle harmanlanıp aynı anda var olabilmesini sağlayan temel bir fizik ilkesidir.