传说中普罗米修斯盗取了火，开启了人类的文明；以科学的眼光看待，温度的确是人类社会文明高度的一个标志。
篝火有900℃，人类有了熟食和陶器，告别了茹毛饮血；航空火箭发动机喷发的氢氧焰能产生2570℃高温，人类得以步入太空时代；绝对零度-273.15℃附近，超导性能的发现，核聚变的曙光初现，无限能源之梦不仅仅只是理想。
核聚变反应堆
为什么是900、10万亿或者-273.15呢？是什么规则将这些数值与物理量相连，又是什么体系维持着这些数值的精确？这就是我们今天要讲的内容，锁定温度测量实质的温度单位——开尔文的进化史。容我喝杯热水，45℃刚刚好，慢慢道来这个世间冷暖的真相。
决定世界的七个基本物理量日常生活中，我们会接触到各种“物理量”，无论你是否知道它们在物理学上被称为“物理量”，你都要和这些概念打交道。比如，长度（距离）、质量、时间、温度、力、能量、功率等等。
物理量有成百上千个，每个物理量都有若干个单位，为了更好的计量和测算，我们需要对每个物理量的每个单位给出准确的定义。
科学世界的建立，可以说离不开物理量以及单位的定义。早在近百年前，各国科学工作者们就意识到这件事情的重要性，他们在一起制定了一套计量体系，被称为“国际单位制”，用于准确规定每个物理量和它们的单位。
国际单位制中，最重要的一项成果就是规定了七个基本物理量和它们的“主单位”，并给出了这七个主单位的标准定义，其它物理量都可以通过这七个基本物理量计算得到。简单的说，现代科学的逻辑自洽以及数学基础，就来源于此。
七个基本物理量和它们的主单位
这七个基本物理量和它们的主单位分别是：时间单位 秒（s）、长度单位 米（m）、质量单位 千克（kg）、电流强度单位 安培（A）、热力学温度单位 开尔文（K）、物质的量单位 摩尔（mol）、发光强度单位 坎德拉（cd）。
我们今天主要就说说热力学温度单位——开尔文。
一开始没开尔文什么事——温标的诞生温度一开始与精确无关，用随意来形容一点都不过分，因为它来源于人类的主观感受，和现在国际基本单位热力学温度——开尔文一点关系也没有。
简单的说，人们只是根据日常的热胀冷缩效应，把比较固定的物体的温度映射到温度计上来，然后取一个冷的一个热的，中间进行若干等分，这是温标的雏形。
温度计示意图
1724年，德国物理学家——华伦海特，他把冰、水、氯化铵混合物的温度定义为0度。因为这是当时人们能够制造出来的最低温度。换算成摄氏度，大约就是零下18度。这在当时是一个人造低温的里程碑。然后，他再把冰水混合物的温度定义为32度，这个办法定义出来的每一度叫做一华氏度，目前世界上仍有巴哈马、伯利兹、英属开曼群岛、帕劳、美国在使用这个温标系统。
世界上除了华氏温标外，目前使用最广泛的温标是摄氏温标。它是在1742年，由瑞典的天文学家摄尔修斯制定的。他把水的冰点定义为0度，沸点定义为100度。中间进行一百等分，每一份叫做一摄氏度。
由于参照物的选取简单粗暴直接，冰点的水，比冰、水、氯化铵混合物容易找到嘛，所以摄氏温标比华氏温标要更让吃瓜群众喜闻乐见，直到今天它也是目前世界上使用最广泛的温标。
初探温度的下限——查理定律的启示吃瓜群众喜闻乐见了，可是科学家不满足。
随着科学的进一步发展，人们对于温度的本质以及温度的精确度有了更高的要求。
绝对零度示意图
人们开始努力探寻物质温度背后的性质，以求得出可靠的温标度量体系。科学家们首先盯上的就是气体，无他，因为气体最好研究。气体自身体积以及压强，受到温度的直接影响比较大， 对于理想气体，压力恒定之时，一定量的气体体积V与其温度T成正比——这就是“查理定律”。
“查理定律”显示，当压力恒定的时候，一定量气体的体积越大，其温度就越高。体积越小，其温度就越低。科学家敏锐的意识到，气体的体积存在一个下限，那温度很有可能也是存在下限。
这个值也非常容易得出，用最笨的方法，人们按照画图描点的方法，当气体体积到达0时，气体的温度对应为零下273.15摄氏度。零下273.15摄氏度，是一个理论上不可能达到的温度，科学家把它叫做绝对零度。
开尔文温标的基石——卡诺定理绝对零度的出现，不是一个数字游戏，对于温标来体系说，它有着革命般的意义。
开尔文是第一个发现其重要意义的人。开尔文提出，把零下273.15摄氏度定义为0点，然后比例不变，这种新定义的温标，就是开氏温标。或者叫做热力学温标。
这是开尔文的一小步，却是温标体系，乃至人类对于温度认识的一大步！
开尔文
同学们回忆一下，我们之前使用的温标，是通过测量物体得出来的，而开氏温标不一样，它不依赖于外物，它直接通过理论计算得出——这就是卡诺定理。
卡诺定理告诉我们，可逆热机的效率，只和两个热源的温度有关，与工作物质无关。开尔文以卡诺定理为基础，确立了开氏温标。
开氏温标并不依赖于自然界某个物质的性质，温度正式结束了作为主观感受反应的日子，进入到——客观物理量的时代——热量测量时代。
开尔文温标体系中热量的测量人类终于打开了窥探宇宙中温度本质的大门，但理论很丰满，但现实却很骨感。很简单，我们的技术跟不上。
当时的热量测量水平仍没有温度测量准确，所以人们还不得不通过测量物体温度来定义开氏温标。
绝对零度是一个理想的理论值，但我们仍需要再定义一个其他点来锁定温度区间，才能划分每一度的大小。一开始我们定义，水的冰点为273.15K，然后用0到273.15之间进行等分。
冰水混合物示意图
但随着测量技术的进步，我们用更稳定的水的三相点的温度来进行锁定。
对于水来说，它的固态、液态、气态就是水的三种相，简单的说，当带着冰的水在沸腾时的温度，就是水的三相点温度。
当温度是0.01摄氏度，压强为611.73Pa，水将处于三相共存的状态。这个条件非常的稳定，我们用这个温度来定义开氏温标——0.01摄氏度——也就是273.16K。
照此计算，1K等于水的三相点热力学温度的1/273.16。
从1954年到2018年，科学家们对开尔文的实际操作，都是建立在这个基础之上。
麦克斯韦和爱因斯坦最后的努力开氏温标本质上和物体无关，只是在纯理论上定义的温标，可是由于人类水平有限，只能理论一半，那是科学家心中一直的痛。
因为，凡是靠依靠具体物质测量得出的数值，一定存在误差，而温度以及开尔文，作为基本物理量，是锁定客观世界热量以及分子运动的基石，其定义自身存在着误差，那是不可接受的困境。
感谢麦克斯韦和爱因斯坦，他们早在一个世纪前，就把破解困境的钥匙，交到了我们手上。世间冷暖的真相——玻尔兹曼常数。
麦克斯韦
我们知道温度的微观本质是分子热运动的剧烈程度。分子运动得越剧烈，宏观表现出来的温度就越高。理论上，一个系统的温度本质，就是一个系统的分子总动能。但气体分子太小，人类是无法具体数清楚数目，我们要从统计意义上发力，求出每个分子的平均动能。
这项工作，麦克斯韦首先为我们扫清了障碍。麦克斯韦和玻尔兹曼这两位大佬，给出了经典理论中的麦克斯韦-玻尔兹曼分布，利用数学方法，就可以求出平均动能。从而解决经典状态下的问题。
世界的微观本质不是经典的，而是量子化的。温度进入到微观粒子层面，必须考虑到微观量子状态。别急，爱因斯坦解决了第二个障碍，就是玻色-爱因斯坦统计。爱因斯坦这项工作，扫清了开尔文定义的最后的障碍。我们只要再把玻尔兹曼常数定义为精确值，开尔文就可以在理论上精确了。
爱因斯坦
2018年，国际计量大会通过最新的规定，玻尔兹曼常数已经被认为定义为精确值，它的值是Kb=1.380649*10^-23J/K。开尔文的定义就是要满足玻尔兹曼常数精确等于1.380649*10^-23J/K。
量子空间
我们也就获得了完全满足物理量常数的温度单位定义，温度王国的最后一块拼图，获得补完，至少在量子层面，温度的精确性，以及开尔文的准确度，都可以牢不可破。
结语玻尔兹曼常数建立起宏观与微观的桥梁，把温度的微观本质是分子运动的剧烈程度表现得清晰无比；再通过玻尔兹曼常数与开尔文的互相锁定，完成了1K的精准定义。
温度单位开尔文，也和质量单位千克、长度单位米、时间单位秒一样，成为一个物理常量，保证了物理基本单位的普适性与精确性。
LHC
不过，离人类宣布胜利还太早。虽然欧洲LHC大型强子对撞机，能够制造出超过10万亿℃的黑体辐射，重现宇宙大爆炸后万分之一秒时的温度，但这样的温度仍不足以触碰到物理学大统一的门槛——要验证弦论，我们至少还要把单个粒子的能量再提高15个数量级。
人类温度之谜的探寻之路，还远远没有走到尽头，开氏温标作为我们手上最重要的工具，将继续和人类并肩前行。
同学们请再努力吧！
我是猫先生，感谢阅读。
你认为温度真实的存在下限吗？ 单选
0人 0%
绝对零度真实存在，牢不可破！
0人 0%
存在打破绝对零度的可能性。
,
