张家界包大人旅游官网:绝对温度零度是怎么推导出来的?

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℃

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。

正常大气压下，冰水混合物的温度

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。