完美定義絕對溫度！！

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撰文：畢凌斯（Lee Billings）
翻譯：洪艾彊
提供：科學人（SA台灣）


現今宇宙中最精密的溫度量測儀器，長得可一點都不像家中的溫度計。它是個長得像顆大哈密瓜的銅製容器，裡面裝滿高濃度氬氣並裝置有麥克風和微波天線。不過這個擺在英國國家物理實驗室（NPL）的裝置，不只是用來測量溫度，類似這樣的裝置可能有助於澈底審視溫度的概念，並重新定義溫度在基礎物理上的意義。

裝設這個儀器的計畫希望可以藉由一個物理常數來連結能量和溫度。目前國際通用的溫度單位是絕對溫度，它是依據水的特性來定義的，科學家希望它能夠和其他精確的物理量一樣有清楚的定義。目前，一秒的定義來自銫原子的振盪頻率，一公尺則是光於2億9979萬2458分之一秒內在真空中所行進的距離。主導該研究團隊的波得斯塔（Michael de Podesta）說：「難以置信，絕對溫度竟然還無法直接以能量表示。」

目前，NPL的儀器能夠測量波茲曼常數，該常數可表示每焦耳能量所造成的溫度改變。波得斯塔的團隊和競爭者希望藉由精密測量的波茲曼常數值，反過來定義絕對溫度的大小。

技術上來說，NPL的新溫度計應該稱為聲波共振器。當物理學家從麥克風輸入特定頻率的聲波時，這個銅製的容器會像座鐘般產生共鳴。藉由此頻率和容器的大小，研究人員可以推算出容器內部氣體的聲速和氬氣分子的平均速率，後者可以得出氣體分子的動能。波得斯塔的團隊在7月份的《度量衡學》發表了目前全世界最精準的波茲曼常數。

目前定義溫度是利用水的相變，其中一個關鍵溫度，是冰、水和水汽共存的三相點，也就是273.16K。在1954年，國際上公認把水的三相點和絕對零度之間，劃分成273.16等份，每一個間隔便成為絕對溫度的1K。

這個1954年的規範在科學界大致上暢行無阻，但是一遇到像恆星內部的極端溫度時，則出現困難。波得斯塔說：「溫度反映的其實是原子和分子飛來飛去的平均動能。人們在理解這個原理之前，早就已經開始在測量溫度了。現在，既然有了比較嚴格的微觀基礎，並且有機會修正，我們當然要做。」

一公尺那个定义，怕是算错了哦。