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你说的定义的对不对？确实很对，完全对。。。然而什么卵用都没有，因为还是没有说温度是什么。不过就具备一定理科教育背景的人而言，以下的知识肯定是具备的：温度的单位分为摄氏度和开尔文（我知道还有华氏度。。。），摄氏度是将水在一个标准大气压下的熔点和沸点分别定义为0摄氏度和100摄氏度，并把这两个温度之间的温差100等分，每份成为1摄氏度；而开尔文就是摄氏温度加上个273.16。可能会有人说这不就把温度定义下来了吗？其实不然。这种定义首先不讨论其“100等分”是如何做到的，关键的问题在于这根本就不是定义的温度啊！这个东西在物理学上称作温标而不是温度，因为说到底，这是定义了一种给予温度量化/单位化的方法，但是还是没提温度是什么东西啊！！如果对物理了解再深一点，可能会知道“温度是分子平均动能的标志”。到这个地步，就可以说把温度定义下来了。对于单原子理想气体，平衡态时有如下的关系：Ek是分子的平均动能，kB是Boltzmann常数，T就是平衡态下体系的温度。理想气体分子是经典粒子，它的平均动能可以算出来，这样的话T就完完全全可以计算了。与此等价的引入方式是通过理想气体的查理定律和盖吕萨克定律引入，这样引入的温度的温标被成为理想气体温标。ps: 我知道，严谨地说我上面这段话从物理角度来看漏洞百出，但有些细节不想深究望不吐槽 好了，前菜过了。上面所有关于温度的讨论，且不说没有揭示本质，连“唯象”都没有做到。如果想要十分严谨地理解温度这个概念，必须引入热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。 热平衡 = 没有热交换根据热力学第零定律，我们可以看到，任何一个系统，必然可以引入一个态函数（即全微分函数），两个系统的该函数相等是两个系统处于热平衡态的充要条件。这样，我们确定了温度这个物理量是一定存在的。同时声明，从热力学第零定律可以看出，只有在平衡态下的系统才有温度这一说，对于非平衡态的系统，温度这个量根本无从谈起。证明了存在性之后，我们试图通过一种方法来引入温度函数的定量表述。用理想气体来定义温度是非常严谨地，但我们希望最好可以采用这样的一种方式，那就是不需要一定的测温物质。换句话说，我们期待的定量表述不需要采取和某个固定系统对比的方法，而是对任何一个系统本身，都可以直接定义出体系的温度。如果跨不过这一道鸿沟，负绝对温度是绝对定义不出来的。 热力学第一定律：不同形式的能量在传递与转换过程中守恒。热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响不做过多解释，默认大家都明白这两条定律什么意思。热力学第一定律的定量表述是这样的形式：系统的吸热和外界对系统做的功之和等于系统内能的变化量。通过热力学第二定律，我们可以看到宏观现象的不可逆性。换句话说，宏观现象总是没有时间反演不变性。根据热二律可以证明，一定可以引入一个态函数，在孤立系中这个函数不减，并且在不可逆过程中增加（具体证明可以自行搜索）。我们称这个态函数叫做——熵。同时，我们发现了这样一个惊人的事实，那就是对于可逆过程，采用理想气体温标定义的温度和熵函数的变化量的乘积正好等于系统的吸热！而对于不可逆过程，温度和熵函数的变化量的乘积一定大于系统的吸热！定量表述是： 对于可逆过程 对于不可逆过程 之前声明过，温度这个函数只用来描述平衡态，若平衡态之间都用准静态过程来连接，我们必然可以得到这个微分方程：最后一项表示的是所有广义力所做的元功的和。终于到了这里，从这个公式里面我们可以得到这样的信息：当没有任何功参与时，温度表征的就是内能变化和熵函数变化的比例关系在所有的yl保持不变的时候，系统内能对对熵函数的微商。终于！！我们得到了一个只与系统有关的！！不依赖任何测温物质的！！完完全全定量给出的！！温度的表达式！！！而且由于熵函数的取法不是唯一的，所以取不同的熵函数，我们就可以得到完全不同的温度的表达式！！是不是听起来炫爆了。。。事实确实如此，而且这些温度都是合理的，可以参与运算的。当然，不见得能够很好的符合“表示物体冷热程度”的定义就是了。。。魂淡这并不重要到这里，我们就可以回答关于负绝对温度的问题了。首先，为了使这里的温度成为绝对温度，我们应该把熵取成和理想气体温标配套的熵（就是最正常的熵的表达式，或者说Boltzmann熵）。然后！只要存在这样一个系统，当它的内能增加时，熵却减小了（无功）！那这个系统的绝对温度就是负的。这样的系统是否存在？很遗憾的说，在我们生活中，这样的系统完全不存在。绝绝绝绝大多数情况，内能增加，熵必增（无功，后略）。但是还是有一些特例，这些特例的系统必须满足这个条件：系统的能量有上限。当然只满足这一个条件是远远不够的，只是其他的条件细节太多，没法展开。假如我们手里就有这样一个系统，它的能量是有上限的。那么随着温度上升的过程中，能量增大，由于温度是正的，所以上也会增大。由于系统的能量是有限的，假如我们可以把正好系统能量上限的能量输入系统（这一步的可行性需要其他条件的支持），那么系统的熵在能量达到上限的时候将达到极大值。由于熵处于极大，此时内能发生微变时，熵的微变为0，作比之后可以得到又由于温度是不断增大的，可知这个无穷是正无穷。那么当我们继续增大系统的能量，使其超过系统能量的上限，会发生什么？前面已经说到，能量达到上限时熵极大，则能量继续增大时，熵必然减小！再把它们的变化量作比，就发现得到了负的结果！！没错，这就是负绝对温度，它存在与内能增加但熵减的系统当中。并且可以看到，最开始的时候，T是接近负无穷的，随着系统的能量越来越大，T的绝对值不断减小。所以我们可以很清楚的意识到，负绝对温度并不是比0K更低的低温，而是比更高的高温！在强调一次，负绝对温度是比任何正温度都要“高”的温度！！这也解释了为什么要求系统的能量有上限，否则根本没有足够的能量输入系统使得其温度突破正无穷达到负温区！那么身处在负绝对温度下会是怎样的感受呢？很遗憾，这不可能。前面只说了“系统的能量有上限”这一个要求，实际上要求还有很多，这些要求限制了负绝对不可能成为稳定的状态。由于 不稳定，所以负绝对温度下的平衡只能是局部的和短暂的（为什么强调平衡？前面说过了，没有平衡谈不上温度）。综上！这就是我想科普的全部内容啦！至于热力学第三定律，我想说这并不矛盾。因为热力学第三定律只是说了绝对零度不可达。。。。我也没达绝对零度啊！而且我也不是跨过0K去的负温区啊，我明明是从正无穷过去了，完全和热力学第三定律没有任何矛盾！ |
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