1848年     汤姆孙（开尔文勋爵）提出绝对温度和绝对温标

节选自“改变世界的科学”丛书之《物理学的足迹》

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图1. 汤姆逊（开尔文勋爵）

在华伦海特和摄尔修斯等人相继提出华氏温标和摄氏温标之后，温度逐渐成为物理学研究中常用的一个参数，但是如何准确地度量温度却成为实验物理学家的一大头疼的问题。这是因为不同温标制定时的参考点和分度值都不一样，而采用不同形式的温度计则各有利弊，导致面对同一个客观温度而言，会有一系列不同的数字来表示它的温度值，这在科学研究上是极其不方便的。更糟糕的是，实验上采用的温度计实际上依赖于测温物质的属性，如水银、酒精和石油等液体温度计是根据液体体积和温度关系，气体温度计是根据气压和温度的关系，而金属温度计是根据电阻和温度的关系，电偶温度计是根据电势差和温度的关系等，没有一种温度计是完全不依赖于测温物质本身属性的。

图2. 摄氏温标、华氏温标、和热力学绝对温标的对比

为了解决这一混论的局面，1848年，英国物理学家威廉•汤姆孙根据热力学第二定律提出了绝对温度和绝对温标的概念。汤姆孙把卡诺循环中的热量作为测定温度的工具，即热量是温度的唯一量度，从而建立了不依赖于任何测温物质的温标——热力学温标（又称绝对温标）。在热力学温标中，定义水的三相（气、液、固）点为273.16 K，对应摄氏温标下一个大气压下水固液线为273.15 K（注意和前者有0.01度的区别），也即0°C，这样绝对零度0 K就是-273.15°C。热力学温标的建立，很好地描述了温度这个物理参数，1892年汤姆孙因为热力学的重要科学贡献而被授予开尔文勋爵称号，热力学温标的单位也取名为“开尔文”，简称“开”，符号为K。1 954年，国际计量大会确定了这一温标为标准温标。K成为国际单位制（SI）中7个基本单位之一。

图3. 玻色-爱因斯坦凝聚

在热力学温标中，0 K就是绝对零度，代表宇宙中最低的温度极限。绝对零度是一个只能无限逼近的极限值，人类在实验室中采用各种制冷技术不断创造了极低温的记录。目前能够达到的最低温度是十亿分之一K左右，可以说已经非常接近零。在逼近低温过程中，会有一系列新奇的量子现象，如超导、超流和玻色-爱因斯坦凝聚等，展现出自然的神奇魅力。我们的宇宙也并不是那么冷，最新的观测实验说明当今宇宙具有3 K温度的微波背景辐射，是150亿年前发生的“大爆炸”残留的余温，这种背景辐射分布是不均匀的，代表宇宙中物质的分布情况。即使在空旷的宇宙空间这么冷的地方，有一种叫做水熊虫的小生物还是能够生存几个小时，堪称生命的奇迹！

图4. 水熊虫

图5. 宇宙微波背景辐射

【丛书简介】

“改变世界的科学”丛书是针对青少年编著的一套大型科普图书，含数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学、医学、农学、计算机科学等9个分册，以编年体的形式呈现，图文并茂地叙说人类历史上20 000年来最重大的科学发现。本丛书为上海市“十二五”重点图书。

丛书各分册均按照时间顺序来回顾、概括人类的科学活动，以科学发现的历史为主，兼及科学机构的兴衰、科学教育的发展、科学社团的变迁等。丛书通俗易懂，对于青少年了解科学知识、领悟科学方法、弘扬科学精神，乃至对于提高国民的整体科学文化素养，都将起到积极的促进作用。

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