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发表于 2013-8-27 17:46:55
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首先负开尔文是⑨的符卡不是⑨的体温……
而且热力学上的负开尔文也并非是楼主定义的那样……
为了解释负开尔文是怎么回事……这个也不能算科普了，就当检验一下我当年记没记熟……
觉得下面太长不看可以直接看加粗部分。
统计热力学中有一种意见是将温度定义为T=dE/dS（其他条件不变），即体系内能变化对体系熵变的偏导数。
如果我们不认为体系的内能是连续变化的，而是分立为许多能级的话，那么体系的内能又可以表示为体系内每个粒子所处能级能量的加和。另一方面，体系的熵则取决于所有粒子在各个能级上的分布状态。
现在问题的关键在于，体系的能级数量到底是有限的还是无限的？
在日常生活中常见的各种体系，其能级都可以认为是无限的，即只要不断地有热量净输入（dE为正），就总有一部分粒子会跑到更高的能级上去，使体系的熵变大，dS也为正。
这个结果就是，各种常见体系的温度T总是正的。
但是在某些特殊的体系中，像是核磁共振或激光器，体系中每个粒子所能允许分布的能级是有限的（只有基态和激发态），情况则会略有不同。
起初，所有粒子处于基态，向体系内输入能量时，dE为正；同时一部分粒子从基态跃迁到激发态造成能级分布的不均匀，体系的熵变大，dS为正。这个时候体系的温度是正值而且逐渐增加。
随着能量的不断输入，体系会到达这样一个状态，此时分布基态和激发态的粒子大致相同，体系的熵达到最大，这一点处的dS为0，代入公式则T为正无穷大。
但是还可以继续输入能量，这时体系的dE仍为正，但由于激发态上的粒子数超过了基态，整个体系又趋于有序，即熵开始下降，dS为负。这样T就变成了负值，即出现了“负开尔文”。但实际上，温度为“负开尔文”的体系，其能量比温度为正无穷开尔文的体系还要高。可以想象一种极端情况，即输入的能量如此之多，使得所有的粒子都处于激发态，这与最初的情况相同，只是粒子分布的能级从基态变成了激发态。此时体系的温度也可以说是0K，但与最初那个0K不一样。如果把最初的那个0K记作“正0K”，现在这个记作“负0K”，那么上述过程可以简单地用下图表示……
“负绝对温度”只是一种反常的能量分布，总能量仍然是正的。
至于⑨的那张符卡“负开尔文”，如果真的要用这种方法去解读……基本上什么结论也得不出来。或许可以从弹幕第一阶段的规则性和第二阶段的爆发联想到熵变的内容，但还是很牵强。
另一方面，只要⑨的体温比周围环境低，她就可以自发地从环境中吸收热量，造成周围温度下降，不需要非得达到“冷得比绝对零度还低”的地步。值得玩味的是，一般的低温物体吸热后总会达到热平衡，而⑨的身边一直维持着低温，也就是一直没有达到热平衡，这样看来比起热力学第三定律，⑨更像是违反了热力学第二定律……
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发表于 2013-8-28 00:08:40
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