已知宇宙中最精確的溫度計看起來一點也不像溫度計。它是一個哈密瓜大小的銅製容器，裡面充滿了超純氬氣，並裝有麥克風和微波天線。這個裝置位於英國泰丁頓國家物理實驗室（NPL）的校園內，然而，它的目的不僅僅是測量溫度。相反，該裝置和類似的裝置可能使科學家能夠徹底改革溫度的概念，並從基礎物理學的角度重新定義它。
該計劃的基礎是透過物理常數將溫度與能量聯絡起來。今天，國際標準溫度單位開爾文是基於水的特性，但科學家們希望使其與其他測量單位保持一致，這些單位已經從宏觀世界的變幻莫測中解放出來。秒現在由銫原子的振盪定義；米與真空中光速有關。“開爾文沒有直接將溫度與能量聯絡起來，這太荒謬了，”領導研究團隊的邁克爾·德波德斯塔說。
NPL 裝置測量玻爾茲曼常數，該常數將能量變化與溫度變化聯絡起來。德波德斯塔的團隊及其競爭對手希望充分確定該常數，以便將一個開爾文與一定數量的焦耳能量聯絡起來。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的報道。
這種新型溫度計——在技術上被稱為“聲學諧振器”——當物理學家將某些聲頻輸入其麥克風時，會像鈴鐺一樣鳴響。研究人員可以從聲共振中確定充氣腔內的聲速，從而確定氬分子的平均速度——即它們的動能。今年 7 月，德波德斯塔的團隊在《Metrologia》雜誌上報告了迄今為止對玻爾茲曼常數的最精確測量。
當前的溫度定義利用了水的相變。一個關鍵閾值是所謂的“三相點”，即 273.16 開爾文，在該溫度下，水冰、液態水和水蒸氣可以共存。1954 年，一項國際協議將開爾文定義為絕對零度和水三相點之間差值的 1/273.16。
1954 年的定義在一般情況下效果良好，但對於極端溫度（例如恆星內部的溫度）開始失效。“這種情況的發生只是因為人們在知道溫度的實際含義之前很久就開始測量溫度，在溫度被認為只是原子和分子在周圍嗡嗡作響之前，”德波德斯塔評論道。“既然我們現在更瞭解了，並且有機會糾正它，我們就應該這樣做。”