如何理解温度

如何理解温度

温度是由人为制定的，即将液体的水温定为零度，水结冰点定为零下4度，水成雾汽点定为100度，以这样点为标尺进行刻度显示温度，测得人的体温为37.5度左右，且是不变的恒温，人们以自已体温而感知外界和物体的温度，高于体温则曰高，反之为低

负热力学温度，已在一些特殊的物质形态中被观察到，这一负温度是以玻尔兹曼统计律为理论依据计算出来的，并非直接测定值。在负热力学温度的理论中认为负温度是比正无穷大更高的温度，用该理论可以解释一些实验事实，但远非完善，一个回避不了的困难就是无穷大，无穷大在物理世界中不存在。 实际的负热力学温度 实际的具有负热力学温度的状态可以用自旋系统来说明。 现在已确认原子核都具有自旋角动量，好像它们都围绕自己的轴线旋转运动。这种运动就叫自旋，自旋角动量是量子化的。在磁场中其自旋轴的方向只能取某些特定的方向，如与外磁场平行或反平行的方向。由于原子核具有电荷，所以伴随着自旋，它们就有自旋磁矩，如小磁针那样。通常以表示自旋磁矩。磁矩在磁场中具有和磁场相联系的能量。例如，和磁场b 平行时能量为 - ，其值较低；和磁场 b 反平行时能量为+ ，其值较高。 负开尔文温度的意义  30年前，我的老师在讲热力学第三定律时说道，绝对零度永远达不到。据悉，科学家已从技术上达到了百万分之一k，但绝对零度仍然达不到。但是，有可能出现负开尔文温度。甚至负得越多，与正得越多的效果是一样的——如果用手去试一下，它可能越烫手。这真是太玄了，当时无论如何也理解不了。后来在研究经典物理学与热力学的区别时突然想起老师的话，感到这正是认为热力学也是关于时间对称、可逆的思想。因为曾老师所说的负开尔文温度实际上是说温度是关于绝对零度对称的。很显然，这是受经典物理学影响的结果。在经典物理学中，时间是可逆的，对称的。对此，爱因斯坦、霍金等物理学家都不回避。但热力学第二定律告诉我们，时间是不可逆的，不对称的，这就是进化科学中的历史不可倒转。但是，由于热力学一直置于经典物理学的框架下，一些热力学家似乎为了迎合经典物理学关于时间对称的思想，就设想了一个虚拟的“负开尔文温度”，并把负开尔文温度与我们这个世界的正开尔文温度对称起来。即，负得越多也像正得越多一样。      今天想来，我们应当为热力学正名，热力学不是经典物理学的分支，是一门比经典物理学层次更高、视野更开阔、更能反映自然本质的一门科学。从时间结构来看，经典物理学应当被看成是热力学的分支——将不可逆的时间简化为可逆时间的一门科学。正像相对论与牛顿力学那样——如果在相对论中忽略速度的影响，相对论就被简化成牛顿力学。如果在一定范围和一定时间内，比如在近宇宙（不包括宇宙边缘和早期宇宙），就可以忽略时间的不可逆性，简化成可逆的科学——理论物理学。而在宇宙边缘和早期宇宙的混沌状态，或者把时间尺度扩大到几十亿年，理论物理学就不能成立了，但热力学仍能成立。因此，热力学是比经典物理学更为普遍的科学，爱因斯坦就持这种观点。马克思也认为我们知道的唯一的科学就是历史科学。如果我们忽略历史的不可逆性就成了可逆的科学，经典物理学正是一门关于时间可逆的科学。        热力学理论必将为我们开启一个伟大的科学和思想的时代。