基本定律（0）

王安良

2014-12-18

热力学第零定律和温度

这个定律在热力学四大定律里面，提出最晚，但是排名最靠前。

首先问，什么是温度？通俗地说，就是物质冷热程度的一种定量表征。怎么测量温度？说来话长，但是热力学第零定律给测量插上理论的“翅膀”。第0定律简言之：与第三个系统处于热平衡的两个系统，彼此也处于热平衡。

The zeroth law of thermodynamics: If two bodies are in thermalequilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with eachother.

这个定律给“热平衡”下了定义。是从宏观和统计的角度，使人们容易理解“准静态”，也给温度测量提供了理论基础。

定量表示温度，有很多种标尺，即所谓温标。理论上，绝对温度的取值范围是零到正无穷大。热力学温标就提供了这样一种标尺，它的零值点不可达（在热力学第3定律中再进一步讨论），若再定一个“客观”存在易确定的温度点，就能确定一条射线，射线理论上与正实数一一对应。但是我们在“宇宙”中并没有发现温度为无穷大的点，也许真有这样的点，这是理论热力学探讨的事情。

那么，宇宙中是否有负的绝对温度？有，至少有很多人在认真研究，工程热力学也不细究。

我自己认为：如果用对数坐标来表示温度，只要我们规定一个单位温度值点，那么对数温度的取值在理论上就可以从负的无穷到正无穷，与数学上的实数就一一对应了。从数学上来说，正负无穷大都是一个理想概念，现实生活中并不“真的”存在（当然研究无穷大的物理意义和实用价值一直是数学家的工作）。这样，在逻辑上负对数温度无穷大与正对数温度无穷大，都是现实“不可达”的。如果采用对数坐标来表示温度，一方面在数学理论上更加严密；另一方面，我们是否就可以取消热力学第3定律？或者说逻辑上与热力学第3定律相通？这一定是个值得深入探讨的问题。

我还有一些有意思的想法，最近太“忙于生计”，抽空一定要把这方面思考整理出来，过程可能很艰辛，需要的时间更长一些。

参考文献：

朱明善，刘颖，林兆庄，彭晓峰，工程热力学，清华大学出版社，1995，第1版

Yunus A.Cengel, Michael A. Boles, Thermodynamics : an engineering approach,McGraw-Hill, 2002