負溫度、負開爾文溫度是熱力學與統計物理的一個概念，描述非熱平衡態的。假設一個簡單的系統，系統中所有的原子只能佔據E0、E1兩個能級，E0<E1，1、當所有原子處在下能級E0時，處於完全有序的狀態，熵為零；2、當所有原子處於上能級E1時，也處於完全有序的狀態，熵也為零。3、當E0、E1各有一部分原子數時，系統粒子分佈的無序程度增加，熵增。這就有意思了，因為都在低能級時系統能量最低，都在高能級時系統能量最高，3時不高不低。畫一下分佈大概是這個走勢：（之前畫錯了，應該是二項式分佈）還記得大明湖……呸，熱力學基本方程嗎？均相封閉系統中於是有翻一下就是-所以……圖中這個斜率為零是什麼鬼？……-不管，根據公式，此時T=∞-所以……曲線後半部分單調遞減，為負是什麼鬼？……-不管，根據公式，此時T為負-……你tm逗我？從來沒人規定開放系統的熱力學溫度不能為負啊，從邏輯上看很合理啊~熱力學第三定律只是說，孤立系統在自發過程中的熵總是增加，穩態時熵達到最大。這就提示我們，一個開放系統透過與外界的能量交換，可以遠離熱平衡態，達到熵減。具體到鐳射器而言，就是透過外界做功（泵浦），使粒子能量大量激發到高能級上，處於非熱平衡態，開爾文溫度為負；負溫度時，由玻爾茲曼分佈，光子簡併度即：f1、f2是下能級、上能級的簡併度。簡單地，f0=f1時，n1>n0。史稱粒子數反轉。歡迎關注我的專欄：瞬態光學研究筆記知乎專欄-
負溫度、負開爾文溫度是熱力學與統計物理的一個概念，描述非熱平衡態的。假設一個簡單的系統，系統中所有的原子只能佔據E0、E1兩個能級，E0<E1，1、當所有原子處在下能級E0時，處於完全有序的狀態，熵為零；2、當所有原子處於上能級E1時，也處於完全有序的狀態，熵也為零。3、當E0、E1各有一部分原子數時，系統粒子分佈的無序程度增加，熵增。這就有意思了，因為都在低能級時系統能量最低，都在高能級時系統能量最高，3時不高不低。畫一下分佈大概是這個走勢：（之前畫錯了，應該是二項式分佈）還記得大明湖……呸，熱力學基本方程嗎？均相封閉系統中於是有翻一下就是-所以……圖中這個斜率為零是什麼鬼？……-不管，根據公式，此時T=∞-所以……曲線後半部分單調遞減，為負是什麼鬼？……-不管，根據公式，此時T為負-……你tm逗我？從來沒人規定開放系統的熱力學溫度不能為負啊，從邏輯上看很合理啊~熱力學第三定律只是說，孤立系統在自發過程中的熵總是增加，穩態時熵達到最大。這就提示我們，一個開放系統透過與外界的能量交換，可以遠離熱平衡態，達到熵減。具體到鐳射器而言，就是透過外界做功（泵浦），使粒子能量大量激發到高能級上，處於非熱平衡態，開爾文溫度為負；負溫度時，由玻爾茲曼分佈，光子簡併度即：f1、f2是下能級、上能級的簡併度。簡單地，f0=f1時，n1>n0。史稱粒子數反轉。歡迎關注我的專欄：瞬態光學研究筆記知乎專欄-