絕對零度——也就是開爾文零度，或華氏零下459.67度——按照教科書的定義，是萬物所能達到的絕對最低溫度，是原子失去所有動能並完全停止運動的溫度閾值（或者說熵值達到最低值）。沒有什麼比完全靜止更靜止的了，因此絕對零度就是能量最低的狀態。對嗎？但研究人員發現事實並非如此。德國慕尼黑大學的一個物理學家團隊透過改變系統中高能量原子和低能量原子的分佈，創造了一個他們稱為負溫度系統的環境——一個溫度低於絕對零度的環境。
研究人員用山丘和山谷來描述他們的系統（想像一下）。在絕對零度時，一群原子沒有能量，處於靜止狀態，因此所有原子都位於山谷底部。隨著溫度升高到絕對零度以上，情況會發生變化，但並非同時發生——一些粒子獲得大量能量，而另一些粒子只獲得少量能量，因此原子現在具有不同的能量，並沿著山坡分佈，從山谷延伸到山頂。物理學表明，該系統最無序的狀態出現在山坡上每一點的粒子數量相等的時候，也就是正溫度標度的頂部——如果能量繼續增加，粒子將不再均勻分佈，從而降低系統的熵（有關所有這些的更詳細描述，請點擊查看《新科學家》雜誌的文章）。
關鍵在於，當能量山頂上存在一定數量的高能粒子，而能量谷中存在較多數量的粒子時，溫度標度就為正值。因此，為了達到他們理論上的負溫度標度，慕尼黑大學的研究人員強制翻轉了該模型，使能量山頂上的高能量粒子數量多於能量谷中的粒子數量。 《新科學家》雜誌指出：
由此得到的溫度計令人匪夷所思，其刻度從零開始，逐漸增加到正無窮大，然後跳到負無窮大，再逐漸增加到負數，直到達到負絕對零度，這對應於所有粒子都位於能量山頂。
毋庸置疑，這種現像在地球上自然界並不常見。研究人員將原子置於略高於絕對零度的真空環境中，使大多數粒子處於低能態，然後利用雷射將大部分粒子激發到更高的能態，從而實現了負溫度狀態。從理論上講，這種反向能量分佈就是一個負溫度系統。
這之所以引人關注，不僅是因為我們似乎突破了溫度的下限，還因為負溫度系統可以幫助物理學家研究在正溫度範圍內無法實現的量子交互作用。而且，研究負溫度總是很有意思，尤其對於那些關注某些宇宙論的人來說，這些理論認為每個粒子都存在一個反粒子（一個正粒子和一個負粒子）。例如，我們可以看到宇宙，但還有暗宇宙，人們認為暗宇宙的暗能量會對宇宙施加負壓。也許這種神秘的物質也具有負溫度。
《新科學家》
