温度究竟是什么？

科学家开展了一系列研究，希望重新定义温度，把温度和能量联系起来。

已知宇宙范围内最准确的温度计，看起来却压根不像是一个温度计。它是一个铜质容器，外形像个大哈密瓜，里面充满着高纯氩气，表面上还插满了麦克风和微波天线。不过，位于英国国立物理研究所（National Physical Laboratory，NPL）里的这台设备，其目的并不仅仅是测量温度。这台设备，以及其他一些类似装置，或许能让科学家彻底搞清楚，温度究竟是什么，并根据基本物理理论对温度进行重新定义。

科学家正在进行上述研究，而研究的出发点，是温度和能量能通过物理常数相联系。目前，国际标准温度单位——开尔文，是来源于水的特性，但科学家希望它能和其他测量单位一样，从宏观世界的不稳定性中解放出来。领导这项研究的迈克尔?德波德斯塔（Michael de Podesta）说，目前，秒是由铯原子的振荡定义的，米则同真空中的光速相关，但“开尔文没有直接将温度和能量联系起来，这有些令人抓狂”。

英国国立物理研究所的这台设备能够测量波尔兹曼常数。通过该常数，可以将能量的改变同温度的变化联系起来。德波德斯塔的研究组，以及他们的竞争对手们都希望，能将该常数的精度提升到一定程度，从而让1开尔文的温度同一定焦耳的能量相对应。

当物理学家将特定频率的声音导入这台设备的麦克风时，这种新型温度计（从技术上来说是一部“声学谐振腔”）就会像钟一样鸣响。通过这种声学谐振，研究人员能够确定充满气体的空腔中的声速，进而得知氩气分子的平均速度，即它们的动能。今年7月，德波德斯塔领导的研究组在《计量学》（Metrologia）期刊上发表论文，报告了迄今为止对波尔兹曼常数最精确的测量。

目前的温度定义基于水的相变。其中一个关键临界点是所谓的“三相点”——273.16开尔文。在此温度下，水的固态（冰）、液态（水）和气态（水蒸气）能够共存。1954年，国际上统一规定，1开尔文等于从绝对零度到水的三相点之间温差的1/273.16。

在通常情况下，1954年制定的温度定义没有什么问题，但在处理极高温度的情况下（例如恒星上的温度时），该定义就开始失效了。“发生这种情况，是因为定义温度前，人们还不了解温度不过是原子和分子无规则运动，”德波德斯塔解释道，“现在，我们知道的更多，并且有机会来纠正这一点，我们就该着手去做。”

（原作者：Lee Billings；翻译?王栋）

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发布媒体：好百科 作者：《环球科学》杂志