科学家将原子云降至绝对零度以下

绝对零度（即零开尔文，或 -459.67 华氏度）在教科书中被理解为任何事物所能达到的绝对最冷温度，在这个温度阈值下，原子实际上会失去所有动能并完全停止运动（或熵达到最低值）。没有什么比完全静止更静止的了，因此绝对零度是物质所能达到的最低能量。对吗？但研究人员发现事实并非如此。通过改变系统内高能原子和低能原子的分布，德国慕尼黑大学的一组物理学家创造了他们所定义的负温度系统，即温度低于绝对零度的系统。

研究人员用山丘和山谷来描述他们的系统（想象一下）。在绝对零度时，一组原子没有能量，静止不动，因此所有原子都在谷底。当温度超过绝对零度时，情况会发生变化，但不是一下子——一些粒子获得大量能量，而一些粒子只获得一点能量，所以现在原子具有不同的能量，并沿着山坡分布，从山谷延伸到山顶。物理学家说，当斜坡上每一点的粒子数量相等时，该系统最无序的状态就会发生，这就是正温度标度的顶部——进一步增加能量，粒子将不再均匀分布，从而降低系统的熵（有关所有这些的更详细描述，请点击《新科学家》的文章）。

重点是，当能量山顶上有一些高能粒子，而能量谷中有大量粒子时，温度就处于正值。因此，为了达到理论上的负值温度，慕尼黑大学的研究人员强制翻转该模型，将更多的高能粒子置于山顶而不是能量谷中。《新科学家》杂志称：

由此产生的温度计令人难以置信，其刻度从零开始，逐渐增加到正无穷，然后跳到负无穷，再增加负数，直到达到负绝对零度，这对应于位于能量山顶的所有粒子。

可以肯定地说，这在地球上通常不会自然发生。研究人员将原子置于略高于绝对零度的真空中，大多数粒子处于低能态，然后用激光将大多数粒子推向能量山，进入高能态，从而进入负温度领域。从理论上讲，这种逆能量分布是一个负温度系统。

这之所以有趣，不仅是因为我们似乎已经突破了温度的下限，还因为负温度系统可以帮助物理学家试验在正温度领域不可能实现的量子相互作用。而且负温度总是很有趣，特别是如果你对某些宇宙学理论感兴趣，这些理论认为每个粒子都有一个反粒子（一个正粒子和一个负粒子）。例如，有我们可以看到宇宙的宇宙，还有暗宇宙，其暗能量被认为对宇宙施加负压力。也许这种神秘的东西也表现出负温度。

新科学家