系统的熵S随内能U的增加而减小时系统所具有的温度。按照热力学基本关系,系统的热力学温度T可以通过熵随内能的变化率得到:
。对于一般系统,其内能增加时该系统的微观状态数也随之增多,因而熵随之增大,这种系统的热力学温度恒正(即T>0)。但也存在一些系统,在一定条件下其熵随内能的增加(减小)反而减小(增加)。例如核自旋系统,若系统中所有核的磁矩方向与外磁场方向相反,此时系统的能量达到最大(因U=-μ·B),但此时该系统处于最大的有序状态,其熵为最小值。假如使系统中某个核的磁矩反转,使它与外磁场方向一致,系统便处于较为混乱的状态,系统的能量将比原来减小,而熵却比原来增加。因此该系统便处于负温度状态。此外,诸如量子放大器、激光器、顺磁介质等系统中也都会遇到负温度情况。负温度是超出经典热力学的一种新概念。出处：数理化力学卷 • 物 理 • 热 学