原子超过了纪录温度，比绝对零度更低。

当一个物体对象被加热时，它的原子会以不同能量等级从低到高运动。对于正值的温度(蓝色)来说，原子更可能处于低能量状态而不非高能量状态，但对于负值的温度(红色)来说则相反。

图解: 单原子气体的温度和它的原子移动时带有的动能有密切关系

绝对零度通常被视为可能的最低温度。但如今研究者们表示，他们甚至可以在一个奇怪的“负值的温度”领域达到更低的温度。

奇怪的是，研究者们补充道：看待这些负值的温度的另一种方法是认为它们比无限大的温度值更高。

图解: 一个常见的摄氏度温度计，显示冬季白天温度为-17°C。

这个不寻常的进展可能会导致新引擎技术上的效率超过100%。同时阐明暗能量的秘密。这种神秘的物质显然正在把我们的宇宙分开。

一个物体的温度是它的原子运动的程度——物体越冷，原子运动地就越慢。在物理上不可能达到的绝对零度，或零下459.67华氏度(零下273.15摄氏度)，原子将会停止运动。就其本身而论，在开氏温标没有任何事物比绝对零度更冷。

奇怪的负值温度

为了理解现在科学家们所设计的负值的温度，人们或许可以认为温度实际上是一个环形的圈一般的存在，而不是线型的。正值的温度构成圈的一部分，同时负值的温度构成圈的另一部分。当温度在这个数值范围的正值区域低于零或高于无穷大时，它们会在负值的区域结束。

图解: 不同温度的黑体辐射频谱。随着温度下降，频谱峰值波长增加

处于正值的温度时，原子更可能处于低能量状态，而不是高能量状态，在物理学中这种模式被称为玻尔兹曼分布。当物体受热时，它的原子可以达到更高的能量等级。

在绝对零度，原子会处于最低的能量状态。在无限高的温度下，原子会占据所有的能量状态。负值的温度会与正值的温度相反——原子更可能处于高能量状态，而不是低能量状态。

图解: 这幅图像显示的是铷原子速度的分布，它证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。图中的颜色显示多少原子处于这个速度上。红色表示只有少数原子的速度是该速度。白色表示许多原子是这个速度。最低速度显示白色或浅蓝色。 左图：玻色-爱因斯坦凝聚出现前。 中图：玻色-爱因斯坦凝聚刚刚出现。 右图：几乎所有剩余的原子处于玻色-爱因斯坦凝聚状态。 由于不确定性原理尖部不是无穷窄：由于原子被束缚于一个很小的空间，它们的速度必须有一个很大的范围

德国慕尼黑大学的物理学家、研究者Ulrich Schneider说:“我们取得的成果是：反向波尔兹曼分布是绝对温度为负值的标志。但是气体并不比绝对零度低，反而更高。它甚至比任何正值的温度都要高——温度的数值范围不会以无穷大结束，而是跳到负值。”

图解: 系统相变的英 命名法。这幅图像并不是按比例绘制的，这意味着位置和物质状态的焓之间没有关联。

正如人们所预料的那样，负值温度的物体表现得非常奇怪。例如，能量通常从正值的温度较高的物体流向正值的温度较低的物体——也就是说，较热的物体会加热较冷的物体，但较冷的物体会冷却较热的物体，直到它们达到一个共同的温度。然而，能量总是从负值的温度的物体流向正值的温度的物体。从这个意义上来说，负值的温度的物体总是比正值的温度的物体要热。

图解: 零开尔 （-273.15°C）定义为绝对零。

负值的温度的另一个奇怪的结果与熵有关，熵是用来测量一个系统混乱程度的。当正值温度的物体释放能量时，会增加周围物体的熵，使它们的行为更加混乱。然而，当负值温度的物体释放能量时，事实上它们可以吸收熵。

图解: 熔冰——增熵的经典例子，1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的増加

负值的温度被认为是不可能的，因为就目前的理论而言，原子能够拥有多少能量一般是没有上限的。(它们的移动的速度是有限制的——根据爱因斯坦的相对论，没有什么东西能比光速快)

奇异的物理实验

为了形成负值的温度，科学家们创造了一个使原子只能拥有有限能量的系统。他们首先将大约十万个原子冷却到几个纳克尔 的正值温度，即十亿分之一开尔 。他们将原子在真空室里面进行冷却，使它们与外界环境潜在的意外加热原子的可能因素隔离。他们还利用激光光线和磁场组成的 络十分精确地控制这些原子的运转，帮助推动它们进入一个新的温度领域。

图解: 卡诺循环，其中的TH和TC就是高温热库及低温热库

“我们达到的温度是负的纳诺克尔 ，”Schneider告诉《LIveScience》。

温度取决于原子运动的多少——它们有多少动能。由激光光线组成的 络创造了一个由数百万亮点组成的完美有序的列阵，在这个“光学晶格”中，原子仍然可以运动，但它们的动能是有限的。

温度也取决于原子有多少势能，以及原子之间的相互作用有多少能量。研究者们运用光学晶格来限制原子拥有的势能，他们还利用磁场来非常细致地控制原子之间的相互作用，使它们要么吸引，要么排斥。

温度与压力有关——某个物体越热，它向外膨胀得越多;某个物体越冷，它则向内收缩得越多。为了确保这种气体拥有负的温度值，研究者们同样需要给它一个负的压力，修补原子间的相互作用，直到它们相互吸引的程度大于相互排斥的程度。

德国慕尼黑大学的研究者Simon Braun说:“我们已经创造了第一个绝对温度为负的粒子运动状态。”

新型发动机

负值的温度可以用来制造热力发动机——将热能转化为机械功的发动机，如内燃机——效率超过100%，这似乎是不可能的。这样的发动机本质上来讲不仅能从更热的物质中吸收能量，更冷的物质也可以。因此，发动机所做的功可能比单独从热的物质中获得的能量还要大。

负值的温度也可能有助于解释科学界最大的秘密之一。科学家们曾预计：在宇宙大爆炸之后，物质引力的拉动会减慢宇宙的膨胀，最终致使宇宙完全停止膨胀，甚至翻转出现“宇宙大收缩”。然而，宇宙显然在加速膨胀，宇宙学家提议认为这可能是由于暗能量，一种可能占宇宙的70%以上的目前未知的物质。

大致同样的道理，研究者们创造的冷气体的负的压力应该会使它倒塌。然而，它的负值的温度阻止了它这样做。正因为如此，负值的温度可能与暗能量有有趣的相似之处，这可能有助于科学家理解这个谜。

负值的温度也能解释物质的奇异状态，产生没有它们通常可能不稳定的系统。Schneide说:“对温度更好的理解可能会带来我们目前从未想过的新事物。当你非常彻底地学习基础知识时，你永远不知道它会在哪里结束。”

参考资料

1.维基百科全书

2.天 学名词

3.肖雨婕-Rohitdutt Pujari：Ravensburg-Weingarten-quora

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