概述

【熱力學(xué)溫標(biāo)】（akdute temperature scale）即開氏溫或絕對溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。是建立在卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上的熱力學(xué)溫標(biāo)。規(guī)定攝氏零度以下273.15℃為零點(diǎn)，稱為絕對零點(diǎn)。其分度法與攝氏溫標(biāo)相同（即絕對溫標(biāo)上相差1K時(shí)，攝氏溫標(biāo)上也相差1℃）；所不同的只是絕對溫標(biāo)上水的冰點(diǎn)定為273.15K，沸點(diǎn)定為373.15K。目前中國已規(guī)定采用這種熱力學(xué)溫標(biāo)。

熱力學(xué)溫標(biāo)建立在卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上的理想而科學(xué)的溫標(biāo)。1927年第七屆國際計(jì)量大會(huì)采用為基本的溫標(biāo)。同時(shí)，考慮到便于復(fù)現(xiàn)和實(shí)用，又決定采用一種與熱力學(xué)溫標(biāo)極其接近的實(shí)用溫標(biāo)，定名為國際實(shí)用溫標(biāo)。現(xiàn)在，在各國工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用的都是國際實(shí)用溫標(biāo)，而在各國的計(jì)量科學(xué)研究中對溫標(biāo)的不斷探索工作仍然是集中在熱力學(xué)溫標(biāo)的領(lǐng)域內(nèi)。因此，國際實(shí)用溫標(biāo)經(jīng)常要根據(jù)熱力學(xué)溫標(biāo)的新成果加以修正和完善，至今已有1927年國際實(shí)用溫標(biāo)、1948年國際實(shí)用溫標(biāo)、1968年國際實(shí)用溫標(biāo)等。

絕對零度，也就是-273.15℃（攝氏度）。

沒有一個(gè)地方有這個(gè)溫度，人類也不可能制造出來這個(gè)溫度，只能無限的接近。在這溫度下物體沒有熱能。

理論上的最低溫度，把-273.15℃定作熱力學(xué)溫標(biāo)(絕對溫標(biāo))的，叫做絕對零度（absolute zero）。 熱力學(xué)溫標(biāo)的單位是開爾文（K±）

絕對零度的研究

絕對零度表示那樣一種溫度，在此溫度下，構(gòu)成物質(zhì)的所有分子和原子均停止運(yùn)動(dòng)。所謂運(yùn)動(dòng)，系指所有空間、機(jī)械、分子以及振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)．還包括某些形式的電子運(yùn)動(dòng)，然而它并不包括量子力學(xué)概念中的“零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)”。除非瓦解運(yùn)動(dòng)粒子的集聚系統(tǒng)，否則就不能停止這種運(yùn)動(dòng)。從這一定義的性質(zhì)來看，絕對零度是不可能在任何實(shí)驗(yàn)中達(dá)到的，但目前科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到距離絕對零度僅百萬分之一攝氏度的低溫。所有這些在物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的分子和原子運(yùn)動(dòng)統(tǒng)稱為“熱運(yùn)動(dòng)”，這些運(yùn)動(dòng)是肉眼看不見的，但是我們會(huì)看到，它們決定了物質(zhì)的大部分與溫度有關(guān)的性質(zhì)。 正如一條直線僅由兩點(diǎn)連成的一樣，一種溫標(biāo)是由兩個(gè)固定的且可重復(fù)的溫度來定義的。

最初，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(760毫米水銀柱，或760托)時(shí)，攝氏溫標(biāo)是定冰之熔點(diǎn)為0℃和水之沸點(diǎn)為100℃，絕對溫標(biāo)是定絕對零度為0K和冰之熔點(diǎn)為273K，這樣，就等于有三個(gè)固定點(diǎn)而導(dǎo)致溫度的不一致，因?yàn)榭茖W(xué)家希望這兩種溫標(biāo)的度數(shù)大小朝等，所以，每當(dāng)進(jìn)行關(guān)于這三點(diǎn)的相互關(guān)系的準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)時(shí)，總是將其中一點(diǎn)的數(shù)值改變達(dá)百分之一度。 現(xiàn)在，除了絕對零度外，僅有一固定點(diǎn)獲得國際承認(rèn)，那就是水的“三相點(diǎn)”。1948年確定為273.16K，即絕對零度以上273．16度。當(dāng)蒸氣壓等于一大氣壓時(shí)，水的正常冰點(diǎn)略低，為273．15K(＝0℃＝32°F)，水的正常沸點(diǎn)為373.15K(＝100℃＝212°F)。這些以攝氏溫標(biāo)表示的固定點(diǎn)和其他一些次要的測溫參考點(diǎn)(即所謂的國際實(shí)用溫標(biāo))的實(shí)際值，以及在實(shí)驗(yàn)室中為準(zhǔn)確地獲得這些值的度量方法，均由國際權(quán)度委員會(huì)定期公布。

科學(xué)家在對絕對零度的研究中，發(fā)現(xiàn)了一些奇妙的現(xiàn)象。如氦本是氣體（氦是自然界中最難液化的物質(zhì)），在-268.9℃時(shí)變成液體，當(dāng)溫度持續(xù)降低時(shí)，原本裝在瓶子里的液體，卻輕而易舉地從只有0.01毫米的縫隙中，很容易地溢到瓶外去了，繼而出現(xiàn)了噴泉現(xiàn)象，液體的粘滯性也消失了。

為什么不能達(dá)到絕對零度

1848年，英國科學(xué)家威廉·湯姆遜·開爾文勛爵（1824～1907）建立了一種新的溫度標(biāo)度，稱為絕對溫標(biāo)，它的量度單位稱為開爾文（K）。這種標(biāo)度的分度距離同攝氏溫標(biāo)的分度距離相同。它的零度即可能的最低溫度，相當(dāng)于攝氏零下273度（精確數(shù)為-273.15℃），稱為絕對零度。因此，要算出絕對溫度只需在攝氏溫度上再加273即可。那時(shí)，人們認(rèn)為溫度永遠(yuǎn)不會(huì)接近于0K，但今天，科學(xué)家卻已經(jīng)非常接近這一極限了。

物體的溫度實(shí)際上就是原子在物體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)我們感到一個(gè)物體比較熱的時(shí)候，就意味著它的原子在快速運(yùn)動(dòng)：當(dāng)我們感到一個(gè)物體比較冷的時(shí)候，則意味著其內(nèi)部的原子運(yùn)動(dòng)速度較慢。我們的身體是通過熱或冷來感覺這種運(yùn)動(dòng)的，而物理學(xué)家則是絕對溫標(biāo)或稱開爾文溫標(biāo)來測量溫度的。

按照這種溫標(biāo)測量溫度，絕對溫度零度（0K）相當(dāng)于攝氏零下273.15度（-273.15℃）被稱為“絕對零度”，是自然界中可能的最低溫度。在絕對零度下，原子的運(yùn)動(dòng)完全停止了，并且從理論上講，氣體的體積應(yīng)當(dāng)是零。由此，人們就會(huì)明白為什么溫度不可能降到這個(gè)標(biāo)度之下，為什么事實(shí)上甚至也不可能達(dá)到這個(gè)標(biāo)度，而只能接近它。 自然界最冷的地方不是冬季的南極，而是在布莫讓星云。那里的溫度為零下272攝氏度，是目前所知自然界中最寒冷的地方，成為“宇宙冰盒子”。事實(shí)上，布莫讓星云的溫度僅比絕對零度高1度多(零下273.15攝氏度)。

這個(gè)“熱度”（因?yàn)閷?shí)際上我們談到的溫度總是在絕對零度之上）是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度，事實(shí)上，這是證明大爆炸理論最顯著有效的證據(jù)之一。

在實(shí)驗(yàn)室中人們可以做得更好，能進(jìn)一步地接近于絕對零度，從上個(gè)世紀(jì)開始，人們就已經(jīng)制成了能達(dá)到3K的制冷系統(tǒng)，并且在10多年前，在實(shí)驗(yàn)室里達(dá)到的最低溫度已是絕對零度之上1／4度了，后來在1995年，科羅拉多大學(xué)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所的兩位物理學(xué)家愛里克·科內(nèi)爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達(dá)到了令人難以置信的溫度，即達(dá)到了絕對零度之上的十億分之二十度（2×10^-8 K）。他們利用激光束和“磁陷阱”系統(tǒng)使原子的運(yùn)動(dòng)變慢，我們由此可以看到，熱度實(shí)際上就是物質(zhì)的原子運(yùn)動(dòng)。非常低的溫度是可以達(dá)不到的，而且還要以尋求“阻止”每一單個(gè)原子運(yùn)動(dòng)，就像打臺(tái)球一樣，要使一個(gè)球停住就要用另一個(gè)球去打它。弄明白這個(gè)道理，只要想一想下面這個(gè)事實(shí)就夠了。在常溫下，氣體的原子以每小時(shí)1600公里的速度運(yùn)動(dòng)著，而在3K的溫度下則是以每小時(shí)1米的速度運(yùn)動(dòng)著，而在20nK（2×10^-8 K）的情況下，原子運(yùn)動(dòng)的速度就慢得難以測量了。在20nK下還可以發(fā)現(xiàn)物質(zhì)呈現(xiàn)的新狀態(tài)，這在70年前就被愛因斯坦和印度物理學(xué)家玻色（1894～1974）預(yù)見了。

事實(shí)上，在這樣的非常溫度下，物質(zhì)呈現(xiàn)的既不是液體狀態(tài)，也不是固體狀態(tài)，更不是氣體狀態(tài)，而是聚集成唯一的“超原子”，它表現(xiàn)為一個(gè)單一的實(shí)體。