Кіріспе

Физикалық жүйелер басқа кез келген жүйеден ыстық. Кейбір жүйелер теріс термодинамикалық температураға жете алады; яғни, олардың температурасы Кельвин немесе Ранкин шкалаларында теріс сан ретінде көрсетілуі мүмкін. Бұл, термодинамикалық емес Цельсий немесе Фаренгейт шкалаларында теріс сандар ретінде көрсетілген температуралардан ерекшеленеді, олар абсолютті нөлден жоғары болады. Кельвин шкаласындағы нағыз теріс температурасы бар жүйе, оң температурасы бар кез келген жүйеден ыстық. Егер теріс температуралы жүйе мен оң температуралы жүйе жанасса, жылу теріс температуралы жүйeden оң температуралы жүйеге ағады. Мұндай жүйенің классикалық мысалы – лазер физикасындағы популяция инверсиясы. Фазалық кеңістігі шексіз термодинамикалық жүйелер теріс температураға жете алмайды: жылу қосу олардың энтропиясын әрқашан арттырады. Энергияның артуымен энтропияның төмендеу мүмкіндігі жүйенің энтропияда "қанығуына" жағдай жасайды. Бұл тек жоғары энергиялы күйлердің саны шектеулі болған жағдайда ғана мүмкін. Атомдар немесе шаң сияқты қалыпты (кванттық немесе классикалық) бөлшектер жүйесі үшін жоғары энергиялы күйлердің саны шексіз (бөлшектің импульсін қағида бойынша шексіз арттыруға болады). Дегенмен, кейбір жүйелерде (төмендегі мысалдарды қараңыз) олар ұстай алатын энергияның максималды мөлшері болады, және олар осы максималды энергияға жақындағанда олардың энтропиясы азая бастайды.

Қозғалыс еркіндік дәрежесі

Теріс температуралар қозғалыс еркіндік дәрежесінде де қол жеткізілді. Оптикалық торды пайдалану арқылы 39-сылут калий атомдарының кинетикалық энергиясы, өзара әрекеттесу энергиясы және потенциалдық энергиясына жоғарғы шектер қойылды. Бұл атомдардың өзара әрекеттесуін Фешбах резонансын қолдану арқылы итергіштен тартымдыға қарай өзгерту және жалпы гармоникалық потенциалды тұтқыннан анти-тұтқынға ауыстыру арқылы жасалды, осылайша Боз-Хаббард гамильтонианы Ĥ → −Ĥ болып түрлендірілді. Бұл түрлендіруді адиабатикалық түрде жүзеге асырып, атомдарды Мотт оқшаулағыш режимінде ұстап тұрғанда, төмен энтропиялы оң температуралық күйден төмен энтропиялы теріс температуралық күйге өтуге болады. Теріс температуралық күйде атомдар макроскопиялық түрде тордың максималды импульс күйін иеленеді. Теріс температуралық жиынтықтар тепе-теңдікке келді және анти-тұтқын гармоникалық потенциалында ұзақ өмір сүрді.

Екі өлшемді айналымдық қозғалыс

Белгілі бір ауданға шектелген екі өлшемді құйын жүйелері теріс температурада термиялық тепе-теңдік күйін қалыптастыра алады, және шындығында теріс температура күйлері алғаш рет Онсагер классикалық нүктелік құйындарды талдау барысында болжаған. Онсагердің болжамы 2019 жылы Бозе-Эйнштейн конденсатындағы кванттық құйын жүйесі арқылы тәжірибелік түрде расталды.