绝对温度零度是怎么推导出来的?

绝对零度是如何算出来的？~

绝对零度是通过复杂的测算得来的，并且也并非“绝对地”零度。
1、逼近技术温度纪录：
和外太空宇宙背景辐射的 3K 温度做比较，实现玻色-爱因斯坦凝聚的温度170*10^（-9)K 远小于 3K，可知在实验上要实现玻色-爱因斯坦凝聚是非常困难的。要制造出如此极低的温度环境，主要的技术是镭射(激光)冷却和蒸发冷却。

由德国、美国、奥地利等国科学家组成的一个国际科研小组在实验室内创造了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度纪录，而此前的纪录是比绝对零度高3纳开。这是人类历史上首次达到绝对零度以上1纳开以内的极端低温。
这个科研小组在美国《科学》杂志上发表论文介绍说，他们是在利用磁阱技术实现铯原子的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)的实验过程中创造这一纪录的。参与研究的科学家大卫·普里查德介绍说，将气体冷却到极端接近绝对零度的条件对于精确测量具有重要意义，他们的此次实验成果有助于制造更为精确的原子钟和更为精确地测定重力等。
玻色-爱因斯坦凝聚态是物质的一种奇特的状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。要实现物质的该状态一方面需要达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于气态。华裔物理学家朱棣文曾因发明了激光冷却和磁阱技术制冷法而与另两位科学家分享了1997年的诺贝尔物理学奖。
科学家说，他们希望利用新达到的最低温度发现一些物质的新现象，诸如在此低温下原子在同一物体表面的状态、在限定运动通道区域时的运动状态等。因发现了“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚”这一新的物质状态而获得了2001年诺贝尔物理学奖的德国科学家评价说，首次达到绝对零度以上1纳开以内的温度是人类历史上的一个里程碑。
慕尼黑路德维格·马克西米利安大学物理学家乌尔里奇·施奈德解释说，从技术上讲，人们能从一条温度曲线上读出一系列温度数，但这些数字表示的只是它所含的粒子处于某个能量状态的概率。通常，大部分粒子的能态处于平均或接近平均水平，只有少数粒子在更高能态上下。理论上，如果这种位置倒转，使多数粒子处于高能态而少数粒子在低能态，温度曲线也会反过来，温度将从正到负，低于绝对零度。2001年诺贝尔物理学奖获得者沃尔夫冈·克特勒也曾证明，在磁场系统中存在负绝对温度。
施奈德和同事用钾原子超冷量子气体实现了这种负绝对零度。他们用激光和磁场将单个原子保持晶格排列。在正温度下，原子之间的斥力使晶格结构保持稳定。然后他们迅速改变磁场，使原子变成相互吸引而不是排斥。施奈德说：“这种突然的转换，使原子还来不及反应，就从它们最稳定的状态，也就是最低能态突然跳到可能达到的最高能态。就像你正在过山谷，突然发现已在山峰。”
在正温度下，这种逆转是不稳定的，原子会向内坍塌。他们也同时调整势阱激光场，增强能量将原子稳定在原位。这样的结果是。这样一来，气体就实现了从高于绝对零度到低于绝对零度的转变，约在负十亿分之几开氏度。
这项研究已经被发表在很多自然科学杂志上，这是人类在物理学上的重大突破，许多科学家表示这将为发现新的物质——暗物质提供了一条路径。
2、1877年，玻尔兹曼发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系S=KlnQ，其中 K为 玻尔兹曼常数。1906年，能斯特提出当温度趋近于绝对零度 T→0 时，△S / O = 0 ，即“能斯特热原理”。普朗克在能斯特研究的基础上，利用统计理论指出，各种物质的完美晶体，在绝对零度时，熵为零（S 0 = 0 ），这就是热力学第三定律。
扩展资料：
1、最冷之地：
智利天文学家发现了宇宙最冷之地，这个宇宙最冷之地就叫做“回力棒星云”，那里的温度为零下272摄氏度，是目前所知自然界中最寒冷的地方，称为“宇宙冰盒子”。事实上，布莫让星云的温度仅比绝对零度(零下273.15℃)高将近1度。这个“热度”（因为实际上我们谈到的温度总是在绝对零度之上）是作为宇宙起源的大爆炸留存至今的热度，事实上，这是证明大爆炸理论最显著有效的证据之一。
2、真空能量：
在绝对零度下，任何能量都应消失。可就是在绝对零度下，依然有一种能量存在，这就是真空零点能。
真空零点能，因在绝对零度下发现粒子的振动而得名。这是量子真空中所蕴藏着的巨大本底能量。海森堡不确定性原理指出：不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。因此，当温度降到绝对零度时粒子必定仍然在振动；否则，如果粒子完全停下来，那它的动量和位置就可以同时精确的测知，而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动（零点振动）所具有的能量就是零点能。
量子真空是没有任何实物粒子的物质状态，其场的总能量处于最低，这是一切物质运动及能量场的最初始状态，它的温度自然处于绝对零度。这样的状态具有无限变化的潜在能力。零点能就是由（量子真空中）虚粒子，不断产生的一对反粒子的出现和湮灭产生的。据推测，量子真空中，每立方厘米包含的能量密度有10^13焦耳。
从理论上看，真空能量以粒子的形态出现，并不断以微小的规模形成和消失。真空中充满着几乎各种波长的粒子，但卡西米尔认为，如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起，较长的波长就会被排除出去。接着，金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力，金属盘越靠近，两者之间的吸引力就越强。1996 年，物理学家首次对这种所谓的卡西米尔效应进行了测定。这是证明真空零点能存在的确凿证据。
参考资料来源：百度百科 - 绝对零度
参考资料来源：百度百科 - 热力学第三定律

有两个途径。第一个途径是气体实验定律（查理定律或者盖吕萨克定律）的外推，查理定律的原始表述是：气体温度每降低（升高）1摄氏度，体积就减小（增加）它在0摄氏度时体积的1/273.15。写成表达式就是：

V(t)-V(0)=V(0)(t/273.15)==>V(t)=V(0)*[1+t/273.15]；V(t)和V(0)分别表示气体在t摄氏度和零摄氏度时的体积。

定律的物理意义是：气体体积随着温度的降低而减小（反之亦然），那么当体积减小到不能再减小的地步时，温度是多少？

体积减小的极端情况是V→0(当然不可能等于零，事实上早在此前，气体已经液化或者凝固——不为“气态”了）代入查理定律：此时的温度→-273.15℃.

因此有结论：任何物质的温度不可能低于-273.15摄氏度，或者说，定义为此温度值为绝对零度是低温的下限。

绝对零度的另一个理论依据是，能斯特的热力学第三定律，这个问题比较复杂，中学阶段不涉及，故省略。

一定质量的气体等压膨胀时，在常温下其V－t图线为一条不过坐标原点的直线（盖－吕萨克定律）。若实验测得这条图线，加以外推，找出图线与t轴的交点处的摄氏温度值，它就是使理想气体体积变为零的最低温度，即热力学温度（绝对温度）的零度。
绝对零度是一个「理论值」，而非一个实际已经观测到或达到的温度，也就是说，它是一个科学家根据实验所间接「推论」出来的数值；而到目前为止，以人类的科学技术，还达不到这样的低温。

物质的分子无时无刻不在剧烈地运动，也正是因为分子运动的结果，而使得温度上升，因此被称之为「热运动」；相对地，如果把温度不断地降低，就会使得分子的热运动愈来愈慢、愈来愈慢；那究竟要到什麼时候，物质分子才会完全静止不动呢？

绝对零度（也就是大约摄-273.15℃）正是科学家们推导出来的答案；它代表著在此温度之下，物质分子不再具有任何能量来进行热运动，也就是一切的分子都会停止活动。但后来的科学家发现，即使在绝对零度的低温下，分子运动却可能不会完全静止，不过，这已是量子力学的艰深范畴了！

冷冻后的原子温度到底是多少度，方法之一是先把雷射关掉。在朱棣文最初的实验里，原子冷冻后会在这个状态下维持约0.1毫秒(1ms =10-3 s)，随后原子就在无动力的情况下离开观测区继续飞行。测量这个只受重力下飞行一段固定距离所需的时间，可以大约估计原子的温度。朱棣文量得的温度大约是 240μK，这大约等於钠原子速度为 30 cm/s的温度，跟理论上计算的都卜勒极限差不多，用都卜勒冷冻最低就只能达到这个温度了。

其他量测温度的方法还有很多，例如，让原子在重力场中落下，然后利用雷射测量它下落的曲线。 1988 年菲利普斯发现，如果把雷射频率调得比都卜勒冷冻极限理论所预测的最佳频率还低时，原子的温度竟然可以达到 40μK。比理论预测的都卜勒极限还低了六倍！ 为了确定实验的正确性，菲利普斯自己就用了四种方法测量。当初有人怀疑是不是因为他用的雷射太强，以致於都卜勒冷冻的理论不适用了？不久朱棣文与柯恩唐努吉也做了更仔细的测量，确认了他的发现无误：与雷射强度无关。原来朱棣文当初测量温度所用的方法并不太准，测量的结果会受体积及原子在其内的分布影响。马上达利巴德、柯恩唐努吉还有朱棣文就找出了理论解释
现在我们知道，是因为得到这个极限所用的模型太过简单了：原来的理论只假设了简单的两个能阶，但是真正的钠原子基态能阶却还分很多的日曼次能阶(Zeeman sub-level)，这些次能阶在没有外场时是分不出来的。雷射光会使原子在这些次能阶间转换，至於哪个能阶有多少原子，就要看雷射光的偏极化方向，不同偏极化的光会造成不同的分布。事实上原子能阶高低受雷射光偏极化方向的影响，也会改变，而且对各个日曼次能阶的改变量又不同。在光糖浆里，雷射光的偏极化方向不断的在变化，因此无论是每个能阶的位置或者在该能阶的原子数目，都随著雷射的偏极化方向一直在改变。另外还有一种称为偏极梯度冷冻效应 (polarization gradient colling effect) 的机制，在这个偏极化方向不断改变的环境中，也是导致如此低温的重要原因。这对静止的原子没有影响，因为各方面的改变平均说起来是零，但是运动中的原子由於对称性受到破坏就会受力。菲利普斯发现低温就是其中一个称为「薛西佛斯冷却」(Sisphus cooling) 机制的特例。（如下图）

薛西佛斯冷却:

这种冷却机制所以称为薛西佛斯冷却，是因为这有点像希腊神话中狡猾的国王薛西佛斯被罚在地狱里不断把石头推到山顶再滚下来一样。在这里原子跑到位能势的顶端后，又被雷射光推下来。原子损失动能就好像石头被推上山。

中央研究院物理所的低温物理实验室由陈洋元博士於1989年建立，至今已有十四年的历史。

由於很多的物理现象常被晶格振动能量（亦即声能）所掩盖，故唯有降低温度方能 从事多样尖端之研究，这也是诺贝尔物理奖有很多由低温物理研究人员得到的缘故。

本实验室之低温实验仪器设备多由国内自行研发完成，因此较易於从事自行设 计之尖端研究上。本实验室目前所能达到之最低温在50mK左右，可说是大部分时间都保持在全国最低温的一个地方。

气体中，温度每下降1℃，气体的体积减少0℃时体积的约1/273，所以推导出绝对零度的大小约为273.15℃

正常大气压下，冰水混合物的温度

绝对零度是根据理想气体所遵循的规律，用外推的方法得到的。简单的说就是一比例线，是压强一定的情况下，体积和温度的比值画出来的一条线，是一条直线，然后往后面画，也就是往温度降低的方向画，当体积为零时，温度刚好为-273.15度。就是所谓的绝对零度了。
若用分子运动论来解释，理想气体分子的平均平动动能由温度T确定，则可将绝对零度与“理想气体分子停止运动时的温度”等同看待。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时，早已变成液态或固态，它的温度趋于一个极限值，这个极限值就称为绝对零度。

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任丘市19696151717： 绝对零度是怎样推算出来的? - ？
谭强山地： 绝对零度是根据理想气体遵循的规律用外推法得到的.用这样的方法,当温度达到-273.15摄氏度时,气体的体积将为零.根据热力学理论等,在这个温度下,物体的分子动能接近一个为零的很小值,也就把这个温度规定为绝对零度.

任丘市19696151717： 绝对零度怎么推出来的 - ？
谭强山地： 有两个途径.第一个途径是气体实验定律(查理定律或者盖吕萨克定律)的外推,查理定律的原始表述是:气体温度每降低(升高)1摄氏度,体积就减小(增加)它在0摄氏度时体积的1/273.15.写成表达式就是:V(t)-V(0)=V(0)(t/273.15)==>...

任丘市19696151717： 绝对零度是怎样推测出来的? - ？
谭强山地： 绝对零度一开始是用理想气体在摄氏温度情况下得到的气压-温度公式来推出来的,在-273.15摄氏度的时候理想气体的气压趋于0,为了物理上描述方便就设立了绝对零度.后来通过热力学第二定律的推算得到热力学零度的意义——热力学零度时完整晶体的熵等于0

任丘市19696151717： 绝对零度是如何确定的? - ？
谭强山地： 19世纪中期,开尔文男爵威廉·汤姆森定义了绝对温度,绝对零度表示那样一种温度,在此温度下,构成物质的所有分子和原子均停止运动.所谓运动,系指所有空间、机械、分子以及振动等运动. 绝对零度 ,是热力学的最低温度,但只是理...

任丘市19696151717： 绝对0度是怎么定义的?？
谭强山地： 绝对零度的定义,是通过研究气体实验三定律推导出来的. 当时,人们发现,一定质量的气体,当压强不变时,温度每升高(或降低)一摄氏度,体积就增加(或减小)它在0摄氏度时的体积的1/273.由此推算下去,那原来0摄氏度的气体,到-273摄氏度,体积便没有了.温度再也不能降了.于是定义-273摄氏度为绝对零度.

任丘市19696151717： 想问下绝对零度是怎么确定的?谢谢 - ？
谭强山地： 绝对零度是根据理想气体所遵循的规律,用外推的方法得到的.用这样的方法,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零.如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度T确定,那么也可以把绝对零度说成是“理...

任丘市19696151717： 绝对零度是怎么推出来的? - ？
谭强山地： 这个推出比较复杂,建议你看看大学的普通化学教材,在这里也是讲不清楚的.如果没兴趣那就不用看,它是根据水的三相变化退出来的.绝对零度就是物体中所有分子原子停止热运动,那明显是不可能的嘛,想想就会明白了.原子分子的运动包括平动、转动.振动...比较复杂.你让那么多的微粒静止怎么可能?

任丘市19696151717： 绝对零度是什么得来的呢有推导过程吗 - ？
谭强山地： 理想气体体积一定时压强和温度成线性关系,p=kt+b 这条线与横轴(t轴)的交点对应的温度就是绝对零度.

任丘市19696151717： 绝对零度是如何算出来的? - ？
谭强山地： 我重新修改答案了阿这是盖·吕萨克定律推算出来的.高中也学过的盖·吕萨克定律(Gay-Lussac's Law)的表述:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,体积与热力学温度成正比.由PV/...

任丘市19696151717： 物理上的绝对零度是怎么来的 - ？
谭强山地： 绝对零度是根据理想气体所遵循的规律(即理想气体状态方程,pV=mRT/M=mrT,r=R/M),用外推的方法得到的.用这样的方法,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零.如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度T确定,那么也可以把绝对零度说成是＂理想气体分子停止运动时的温度＂.