誠如 @冰城 同學的答案所言, 溫度可以到正負無窮, 但是這並不是說溫度沒有上下限. 溫度上限是-0K, 下限是+0K, 我可以明確告訴你這一點. 1/T 等於s對u的偏導數, 化學專業的童鞋在<物理化學>裡都應該學過. 對於能量有上限的物質體系, 比如最簡單的n個粒子的二能級系統, (第一能級能量為0, 第二能級為hv) 當系統總能量為0時, 微觀狀態數Ω=1, 當達到最高能量nhv時, Ω也是1. 故內能U在上下限出有S = k ln Ω = 0. 而當系統總能量位於中間狀態的時候, Ω會是一個很大的數目,S是正的, 這樣S-U圖就如下圖所示.當U越過中間的藍線到右邊去, 那麼如圖中所示, 1/T<0, 出現了所謂負熱力學溫度. 可以看出來, T<0時系統含有的內能比任何正溫度時的內能都大, 也就說: 負熱力學溫度比任何正溫度還要高.負溫度不是低溫, 而是極高溫, 高於+無窮. 從微觀上看, 二能級系統達到負溫度的條件即上能級的粒子數目比下能級多. 此結論可以推廣到多能及系統.需要注意的是, 鐳射器中的" 粒子數反轉" 不是負熱力學溫度, 因為講溫度的前提是熱力學第0定律,喀拉氏定理, 也就是系統必須達到平衡, 就算放寬一點至少也得殆平衡, 而鐳射器顯然是遠離平衡的系統. 實際上負溫度的例子非常少. LiF的一維核自旋鏈是一個例子.仔細考察T 隨著系統能量的變化, 發現其隨能量變化是: +0 --> ±無窮--> -0 , 這就是熱力學溫度的上下限.---------------------------------------------------------------------------------------------------最後閒扯兩句. T<0的物體如果在卡諾熱機裡面作為熱源, 則計算出的效率就大於1了. 這意味著可以從負溫度熱源中取出熱, 使之全部轉化為功, 而不使環境發生任何變化. 這就是著名的 "第三類永動機"問題, 有興趣的可以查查這方面的資料.
誠如 @冰城 同學的答案所言, 溫度可以到正負無窮, 但是這並不是說溫度沒有上下限. 溫度上限是-0K, 下限是+0K, 我可以明確告訴你這一點. 1/T 等於s對u的偏導數, 化學專業的童鞋在<物理化學>裡都應該學過. 對於能量有上限的物質體系, 比如最簡單的n個粒子的二能級系統, (第一能級能量為0, 第二能級為hv) 當系統總能量為0時, 微觀狀態數Ω=1, 當達到最高能量nhv時, Ω也是1. 故內能U在上下限出有S = k ln Ω = 0. 而當系統總能量位於中間狀態的時候, Ω會是一個很大的數目,S是正的, 這樣S-U圖就如下圖所示.當U越過中間的藍線到右邊去, 那麼如圖中所示, 1/T<0, 出現了所謂負熱力學溫度. 可以看出來, T<0時系統含有的內能比任何正溫度時的內能都大, 也就說: 負熱力學溫度比任何正溫度還要高.負溫度不是低溫, 而是極高溫, 高於+無窮. 從微觀上看, 二能級系統達到負溫度的條件即上能級的粒子數目比下能級多. 此結論可以推廣到多能及系統.需要注意的是, 鐳射器中的" 粒子數反轉" 不是負熱力學溫度, 因為講溫度的前提是熱力學第0定律,喀拉氏定理, 也就是系統必須達到平衡, 就算放寬一點至少也得殆平衡, 而鐳射器顯然是遠離平衡的系統. 實際上負溫度的例子非常少. LiF的一維核自旋鏈是一個例子.仔細考察T 隨著系統能量的變化, 發現其隨能量變化是: +0 --> ±無窮--> -0 , 這就是熱力學溫度的上下限.---------------------------------------------------------------------------------------------------最後閒扯兩句. T<0的物體如果在卡諾熱機裡面作為熱源, 則計算出的效率就大於1了. 這意味著可以從負溫度熱源中取出熱, 使之全部轉化為功, 而不使環境發生任何變化. 這就是著名的 "第三類永動機"問題, 有興趣的可以查查這方面的資料.