由上图可以看出,当T=+0时,N个磁矩均沿磁场方向,系统的能量为-Nε为最低,对 应的熵为0。随着温度的升告,有部分磁矩转为与磁场反向,系统的能量增加,由于混乱度 也增加,因此熵也增加。当到T=+∞时,有N2的磁矩处于沿磁场方向,有N2的磁矩处于 逆磁场方向,系统的混乱度为最高,熵为最大。而当能量继续增加时,有超过N2的磁矩处 于逆磁场的状态,体系的熵表现为随能量增加而减小,并在能量达到Nε时减少到零,则在 曲线的右半段应处于负温状态。 实际实验中,如果将晶体置于强磁场下,令磁场迅速反向,如果磁场反向的时间足够快 使核自旋不能随磁场反向,则经过驰豫时间后,核自旋系统就达到内部平衡而处在负温的状 态。这个实验在1951年由潘塞尔( Edward Mill. Purcell912-)和庞得( Robert Vivian pound 1919-)在LF核自旋系统中完成。 由上可以看出,系统处于负温状态是由条件的:(1)粒子的能级必须有上限。(2)负温 度系统必须与任何正温系统隔绝。实际上,负温状态是要比正无穷温度状态还要高的热力学 状态,由于温度是有温标来标定的,也可以认为是开式温标或与之等价的热力学温标在定义 时的不完备性吧。 补充一句:其实根据受激辐射中粒子数反转的原理也可以定义一个负温度,与这里的应 该是等价的。 主要参考了汪志诚编的《热力学·统计物理》,高等教育出版社,p283p286由上图可以看出，当 T=+0 时，N 个磁矩均沿磁场方向，系统的能量为-Nε为最低，对 应的熵为 0。随着温度的升告，有部分磁矩转为与磁场反向，系统的能量增加，由于混乱度 也增加，因此熵也增加。当到 T=+∞时，有 N/2 的磁矩处于沿磁场方向，有 N/2 的磁矩处于 逆磁场方向，系统的混乱度为最高，熵为最大。而当能量继续增加时，有超过 N/2 的磁矩处 于逆磁场的状态，体系的熵表现为随能量增加而减小，并在能量达到 Nε时减少到零，则在 曲线的右半段应处于负温状态。 实际实验中，如果将晶体置于强磁场下，令磁场迅速反向，如果磁场反向的时间足够快， 使核自旋不能随磁场反向，则经过驰豫时间后，核自旋系统就达到内部平衡而处在负温的状 态。这个实验在 1951 年由潘塞尔（Edward·Mill·Purcell 1912-）和庞得(Robert·Vivian·pound 1919-)在 LiF 核自旋系统中完成。 由上可以看出，系统处于负温状态是由条件的：（1）粒子的能级必须有上限。（2）负温 度系统必须与任何正温系统隔绝。实际上，负温状态是要比正无穷温度状态还要高的热力学 状态，由于温度是有温标来标定的，也可以认为是开式温标或与之等价的热力学温标在定义 时的不完备性吧。 补充一句：其实根据受激辐射中粒子数反转的原理也可以定义一个负温度，与这里的应 该是等价的。 主要参考了汪志诚编的《热力学·统计物理》，高等教育出版社，p283-p286