يمكن أن تحقق أنظمة معينة درجة حرارة ديناميكية حرارية سلبية؛ أي أنه يمكن التعبير عن درجة حرارتها ككمية سالبة على مقياس كيلفن أو رانكين، ويجب تمييز هذا عن درجات الحرارة المعبر عنها كأرقام سالبة على مقاييس غير ديناميكية حرارية مئوية أو فهرنهايت، والتي مع ذلك أعلى من الصفر المطلق.
مفهوم درجة الحرارة السلبية
- يمكن فهم مقياس درجة الحرارة المطلقة كلفن بشكل فضفاض كمقياس لمتوسط الطاقة الحركية، وعادةً ما تكون درجات حرارة النظام موجبة، ومع ذلك في الأنظمة المعزولة على وجه الخصوص يمكن أن تصبح درجة الحرارة المحددة من حيث إنتروبيا بولتزمان سلبية.
- تنبأ لارس أونساجر بإمكانية درجات الحرارة السلبية لأول مرة في عام 1949، وكان أونساجر يحقق في الدوامات ثنائية الأبعاد المحصورة داخل منطقة محدودة، وأدرك أنه نظرًا لأن مواقعها ليست درجات مستقلة من الحرية عن عزمها، فإن فضاء الطور الناتج يجب أيضًا أن يحدها منطقة محدودة.
- مساحة الطور المحدود هي الميزة الأساسية التي تعمل بدرجات حرارة سالبة، ويمكن أن تحدث في كل من الأنظمة الكلاسيكية والكمية، وكما هو معروض بواسطة أونساجر، فإن النظام الذي لديه فضاء طور محدود له بالضرورة ذروة في الانتروبيا مع زيادة الطاقة.
- بالنسبة للطاقات التي تتجاوز القيمة عند حدوث الذروة، يتناقص الانتروبيا مع زيادة الطاقة، والحالات عالية الطاقة لديها بالضرورة درجة حرارة بولتزمان سالبة.
- النظام ذو درجة الحرارة السلبية الحقيقية على مقياس كلفن هو أكثر سخونة من أي نظام بدرجة حرارة موجبة، فإذا تلامس نظام درجة حرارة سالبة ونظام درجة حرارة موجبة، فسوف تتدفق الحرارة من نظام درجة الحرارة السالبة إلى نظام درجة الحرارة الإيجابية، ومن الأمثلة القياسية على مثل هذا النظام الانعكاس السكاني في فيزياء الليزر.
- يتم تفسير درجة الحرارة بشكل فضفاض على أنها متوسط الطاقة الحركية لجزيئات النظام، حيث إن وجود درجة حرارة سالبة، عدا عن درجة حرارة سالبة تمثل أنظمة أكثر سخونة من درجة الحرارة الإيجابية، وقد يبدو متناقضًا في هذا التفسير.
