通识物理：热力学第零定律的重要性

在19—20 世纪，热力学三大定律已经先后提出。这时，物理学家们又发现了一条新的热力学定律，并命名为“热力学第零定律”。可是很奇怪，这条定律为什么会叫作“第零定律”呢？它与其他三条热力学定律之间又有什么联系呢？

其实，热力学第零定律是最晚提出的一个热力学定律，它的内容是：“三个系统，如果A 与B、B 与C 分别达到热平衡，那么A 和C 也一定达到热平衡。”首先，这条定律的表述十分有趣，借用娱乐圈的人物关系可以通俗地理解为：因为唐嫣和杨幂是好闺蜜，而杨幂和佟丽娅是好朋友，所以可以推断唐嫣和佟丽娅也关系不错。另一方面，这条定律的文字表述非常简单，乍一看，甚至好像是废话一般。但正如热力学第一定律定义了“能量”，第二定律定义了“熵”，第零定律也具有重要的理论意义，它使我们可以根据“热平衡”来定义“温度”，同时我们所使用的温度计也正是应用“热平衡”原理来测量温度的。

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图6.18　“热力学第零定律”的来历

由于能量的转化必须由温度出发进行推导，所以从逻辑顺序的角度看，这条最晚提出的有关热平衡和温度的热力学定律应该排在定义能量的第一定律之前。但在当时，由于热力学第一定律、第二定律和第三定律早已提出，且被人们广泛认可和应用，再调换次序容易引起混乱，所以如图6.18 所示，科学家们在协商后就干脆把这条新定律命名为“热力学第零定律”，这就是热力学第零定律的来历。最后，还有一个有趣的现象：热力学第一定律是由迈尔、焦耳和赫姆霍兹共同提出的，而热力学第二定律则是开尔文和克劳修斯做出了主要贡献，能斯特提出了热力学第三定律，但热力学第零定律却没有提出者，只是一条理论共识。