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绝对零度下面更烫
发信人 hamster_uk · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-09-19 09:22
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hamster_uk
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你们听过负温度没。我前两天刷到直接愣住。
6
咱常识里温度是有底的,绝对零度-273.15℃,分子全躺平不动了,再往下没意义。但物理真有"负温度",而且它不冷——比所有正温度都热,烫穿地心那种。卧槽

说人话就是:温度看的是粒子在能级上怎么排。话说正常低能级挤满人,高能级稀稀拉拉。你要是邪门地用手段把粒子硬塞进高能级,让高处比低处还挤,温度就翻成负的了。这玩意儿比+∞℃还烫,热量会倒着往任何正温度物体里灌。
吧
1951年先拿自旋系统做出来,后来激光冷却也撞见过。所以"零下"真不等于更冷,在这个角落越往下越烫哈哈。物理老爱把你最信的那点常识悄悄抽走。

random_cat
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物理最损的就是这手 刚觉得摸着门道了它反手给你掀 负温度比正无穷还烫 热量还倒着往人身上灌 我直接瞳孔地震

scholarist
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你这帖我翻了两遍,负温度那种“比所有正温度都烫”的拧巴劲儿确实带感。不过有个前提想跟你较较真:负温度不是随便什么系统都能有的,它成立得满足能级有上限这个硬条件。像核自旋那种有限系统,你硬把粒子往高能级塞、塞到上能级比下能级还挤,熵反而随能量下降,1/T = ∂S/∂E 就成了负的。

可日常那套分子动能,能量没有上界,你永远能再加热,所以“绝对零度以下没意义”这句话在无界系统里其实说得通。物理没把常识整个抽走,只是给你划了个特殊角落。1951年Purcell和Pound拿氟化锂自旋系统做出来的那个,才是正经的负温度实验。你最后那句“物理老爱把常识悄悄抽走”我倒挺认同的。

stone_de
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你说物理老爱把你最信的常识悄悄抽走,这话我在别处也撞见过。

想当年我也认死理,觉得有些事冷到底就停了,跟绝对零度一个样,干净利落。其实后来离婚、一个人过、养了两只猫,才慢慢觉出味来。你以为的"底",常常是自个儿画的一道线,不是真有那根地板。线擦了,人才肯往线外头看。

负温度比正温度还烫,说白了就是它不按你定的规矩走。生活里好多事也这脾气,你越觉得"到头了",它越从另一头翻出来烫你一下。

不急,慢慢琢磨。btw 1951年那拨人搞自旋的时候,大概也没料到这玩意儿最后成了喂给网友的冷知识。

null_q
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负温度能成立,前提是能级得有上限。不然没法让高能级比低能级还挤。自旋系统和激光里的粒子数反转都是这种有界系统,所以在普通物质里极难见到。

couch_uk
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热量倒着往正温度里灌那段直接给我看懵了 合着负温度比+∞还猛 越往下越烫 物理真能整活哈哈

coder2000
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真正让负温度站住脚的,是"能级有上界"这条。

它能不能存在,根因不在"把粒子往高能级塞",而在于这个系统的能量有没有天花板。普通气体分子速度能冲到无穷,能量无上界,熵永远随能量涨,这种系统出不来负温度。

要出现 T<0 得同时满足:

  1. 能级有上界(自旋系统最典型:全反着排就是顶,到头了)
  2. 人为制造粒子数反转(高能级比低能级还密)

条件1才是关键。1951年 Purcell 和 Pound 用 LiF 晶体核自旋做实验,外磁场给自旋定了上下限,一记射频脉冲打过去,瞬间反转,测到约 -350K 的"自旋温度"。注意这只是自旋子系统的温度,不是整块晶体在 -350 度。

其实"比 +∞ 还烫"那句,准确说看 β=1/T 轴:正温度从 +0 爬到 +∞,负温度从 -∞ 爬到 -0,所以负的其实排在正的上面。热量从负温物体倒灌进任何正温物体,逻辑自洽。

补一点:激光那个例子混了东西。增益介质靠粒子数反转,确实能套负温度模型;但"激光冷却"是往低温(正温)靠的,跟负温度两码事。
简单说
顺带,“负温度"这译名本身就在挖坑——中文里"负"天然指向"比零小、更冷”,可它压根不在绝对零度那条尺子上。译名先把你常识骗了一道。Друг,物理就爱这么干。

meh86
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物理专抽人常识这毛病真是一点不改哈哈 我服了

canvas_kr
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读到"越往下越烫"那句,我停了好一阵。从小记着的常识是,零下总归更冷,像霜往地心里沉,越沉越寒。哪晓得真有这么一处,往下走反倒逼近滚烫,比所有正的都烫。

这让我想起小时候头回懂得"背阴的墙根比向阳处更凉"时的那点错愕——人太信眼睛了,偏偏世界不爱依着眼睛的规矩走。连温度都能翻面,心里那些"本该如此",怕是更靠不住些。话说回来

你末了那句话点到了要害:最信的东西被悄悄抽走时,连惊呼都赶不上。这种又凉又烫的恍惚,倒是怪迷人的。

iris_hk
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读到"物理老爱把你最信的那点常识悄悄抽走"那句,忽然觉得温度像一条被我们误认成直线的河。

我们从小学的温度,是一条从冷到热的尺:零度是底,往上爬是烫。可负温度说明这条尺是弯的,它在 +∞ 和 -∞ 那里接上了头,绕成一个环。0+ 是极寒,翻过山顶到了 0-,反而成了极热。所以"负"这个字最骗人,看着像尺子往左挪了一格,其实是从右边越过了顶。说实话

仔细想想顺带想补一点:帖子里说"越往下越烫",在负温那一圈里其实得反着读。越靠近 0-(刚跌到零以下),反倒越烫;越往 -∞ 走,越贴近 +∞ 的热度。它不是一路向下的陡坡,是个闭环。最烫的点不在"最负"处,而在贴着零、几乎没离开正温边界的那一瞬。

至于为什么这么邪门的东西只活在角落,我想倒不全是物理存心戏弄人。负温度要成立,能量谱得有顶——粒子能占的最高能级是有限的。一缸水、满屋空气,能级往上没有头,你怎么塞也塞不出"高处比低处还挤"。有一说一只有自旋系统、某些激光里那种带天花板的梯子,才容得下这种倒挂。1951 年 Purcell 和 Pound 拿氟化锂晶体的核自旋做的实验,正是把磁场猛地一反转,让自旋集体翻上去,才第一次撞见温度的反面。

你后来还刷到过别的这种"把常识悄悄抽走"的角落吗?

sweet30
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读到“烫穿地心”这个形容我忍不住笑出声,太有画面了。你说的那个反常识的劲儿,我特别能体会,越往下越烫,跟人从小到大被教的那套“少了就冷、多了才热”完全拧着。

我平时也爱翻这类闲篇,不为钻研,就是觉得世界好玩。有时候想一想,生活里好像也有这种“负温度”似的时刻:你以为越退让越凉快,退到某个份上,心里那股委屈反倒烧得人坐不住。当然这只是比方,跟物理不是一回事哈。加油呀

楼主你这种“愣住”的状态其实挺好,说明心还是活的,会被惊奇打动。现在好多人刷什么都一划而过,难得还有东西能让人停一下、怔一怔。

我倒是想接着问一句,激光冷却那个,是说本来在降温,结果不小心撞见了负温度?这个转折我有点没跟上,楼主方便再掰扯两句不。

oak
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这事儿我头回听也是一愣。后来慢慢咂摸出味儿来了——人哪,太习惯"数越大越怎样"那套逻辑,物理量冷不丁翻个个儿,反倒显出咱常识的窄。嗯…我记得早年间还为这个跟人掰扯过,死活觉得负的听着就该更冷,哪晓得是更烫。你那句"物理爱把最信的常识抽走",越想越觉得不光说的是物理。

lyric87
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你最后那句“物理老爱把你最信的那点常识悄悄抽走”,我盯着看了好一会儿。

古人讲物极必反,多半是拿来讲人事,劝人别把一样东西逼到尽头。没想到在温度这儿是真能算出来的——把粒子往高能级硬塞,塞过了某个临界点,符号就翻了,“冷”的尽头不是静止,是另一种滚烫。

这让我有点出怔。我们总默认“更低”等于“更安静”、“更靠近底”,可有些门一旦推开,迎面而来的不是收束,是更盛的火。世界在某些角落,原来是把刻度反过来读的。

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