基本簡介
絕對零度的溫度圖線 物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分布，粒子動能越高，物質溫度就越高。理論上，若粒子動能低到量子力學的最低點時，物質即達到絕對零度，不能再低。然而，絕對零度永遠無法達到，只可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量，也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的，除非該空間自始即無任何能量熱量。
在此一空間，所有物質完全沒有粒子振動，其總體積並且為零。
有關物質接近絕對零度時的行為，可初步觀察熱德布洛伊波長（Thermal de Broglie wavelength）。
其中h為普朗克常數、m為粒子的質量、k為玻爾茲曼常量、T為絕對溫度。
可見熱德布洛伊波長與絕對溫度的平方根成反比，因此當溫度很低的時候，粒子物質波的波長很長，粒子與粒子之間的物質波有很大的重疊，因此量子力學的效應就會變得很明顯。著名的現象之一就是玻色-愛因斯坦凝聚，玻色-愛因斯坦凝聚在1995年首次被實驗證實，當時溫度降至只有170×10^（-9）開爾文。
詳細內容
絕對零度其中h為普朗克常數、m為粒子的質量、k為玻爾茲曼常量、T為絕對溫度。可見熱德布洛伊波長與絕對溫度的平方根成反比，因此當溫度很低的時候，粒子物質波的波長很長，粒子與粒子之間的物質波有很大的重疊，因此量子力學的效應就會變得很明顯。著名的現象之一就是玻色-愛因斯坦凝聚，玻色-愛因斯坦凝聚在1995年首次被實驗證實，當時溫度僅有開爾文。
①在中學階段，對於熱力學溫標和攝氏溫標間的換算，是取近似值T(K)=t(℃)+273。實際上，如以水的冰點為標準，絕對零度應比它低273.15℃所以精確的換算關係應該是T(K)=t(℃)+273.15。
②絕對零度是根據理想氣體所遵循的規律（即理想氣體狀態方程，pV=mRT/M=mrT,r=R/M），用外推的方法得到的。用這樣的方法，當溫度降低到-273.15℃時，氣體的體積減小到零。如果從分子運動論的觀點出發，理想氣體分子的平均平動動能由溫度T確定，那么也可以把絕對零度說成是“理想氣體分子停止運動時的溫度”。以上兩種說法都只是一種理想的推理。事實上一切實際氣體在溫度接近-273.15℃時，表現出明顯的量子特性，這時氣體早已變成液態或固態。總之，氣體分子的運動已不再遵循經典物理的熱力學統計規律。通過大量實驗以及經過量子力學修正後的理論導出，在接近絕對零度的地方，分子的動能趨於一個固定值，這個極值被叫做零點能量。這說明絕對零度時，分子的能量並不為零，而是具有一個很小的數值。原因是，全部粒子都處於能量可能有的最低的狀態，也就是全部粒子都處於基態。
③由於水的三相點溫度是0.0076℃，因此絕對零度比水的三相點溫度低273．16℃。
絕對零度表示那樣一種溫度，在此溫度下，構成物質的所有分子和原子均停止運動。所謂運動，系指所有空間、機械、分子以及振動等運動。還包括某些形式的電子運動，然而它並不包括量子力學概念中的“零點運動”。除非瓦解運動粒子的集聚系統，否則就不能停止這種運動。從這一定義的性質來看，絕對零度是不可能在任何實驗中達到的這些運動是肉眼看不見的，但是我們會看到，它們決定了物質的大部分與溫度有關的性質。正如一條直線僅由兩點連成的一樣，一種溫標是由兩個固定的且可重複的溫度來定義的。最初，在一標準大氣壓(760毫米水銀柱，或760托)時，攝氏溫標是定冰之熔點為0℃和水之沸點為100℃，絕對溫標是定絕對零度為0K和冰之熔點為273K，這樣，就等於有三個固定點而導致溫度的不一致，因為科學家希望這兩種溫標的度數大小相等，所以，每當進行關於這三點的相互關係的準確實驗時，總是其中一點的數值改變達百分之一度。，僅有一固定點獲得國際承認，那就是水的“三相點”。1948年確定為273.16K，即絕對零度以上273．16度。當蒸氣壓等於一大氣壓時，水的正常冰點略低，為273．15K(=0℃=32°F)，水的正常沸點為373.15K(=100℃=212°F)。這些以攝氏溫標表示的固定點和其他一些次要的測溫參考點(即所謂的國際實用溫標)的實際值，以及在實驗室中為準確地獲得這些值的度量方法，均由國際權度委員會定期公布。
科學家在對絕對零度的研究中，發現了一些奇妙的現象。如氦本是氣體（氦是自然界中最難液化的物質），在-268.9℃時變成液體，當溫度持續降低時，原本裝在瓶子裡的液體，卻輕而易舉地從只有0.01毫米的縫隙中，很容易地溢到瓶外去了，繼而出現了噴泉現象，液體的粘滯性也消失了。
絕對零度物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候，就意味著它的原子在快速運動：當我們感到一個物體比較冷的時候，則意味著其內部的原子運動速度較慢。我們的身體是通過熱或冷來感覺這種運動的，而物理學家則是絕對溫標或稱開爾文溫標來測量溫度的。
按照這種溫標測量溫度，絕對溫度零度（0K）相當於攝氏零下273.15度（-273.15℃）被稱為“絕對零度”，是自然界中可能的最低溫度。在絕對零度下，原子的運動完全停止了，那么就意味著我們能夠精確地測量出粒子的速度(0)。然而1890年德國物理學家馬克斯·普朗克引入的了普朗克常數表明這樣一個事實：粒子的速度的不確定性、位置的不確定性的乘積一定不能小於普朗克常數，這是我們生活著的宇宙所具有的一個基本物理定律(海森堡不確定關係)。那么當粒子處於絕對零度之下，運動速度為零時，與這個定律相悖，因而我們可以在理論上得出結論，絕對零度是不可以達到的。
自然界最冷的地方是在回力棒星雲。那裡的溫度為零下272攝氏度，是目前所知自然界中最寒冷的地方，成為“宇宙冰盒子”。事實上，布莫讓星雲的溫度僅比絕對零度(零下273.15℃)攝氏度高1度多。 這個“熱度”（因為實際上我們談到的溫度總是在絕對零度之上）是作為宇宙起源的大爆炸留存至今的熱度，事實上，這是證明大爆炸理論最顯著有效的證據之一。
事實上，在這樣的非常溫度下，物質呈現的既不是液體狀態，也不是固體狀態，更不是氣體狀態，而是聚集成唯一的“超原子”，它表現為一個單一的實體。
19世紀中期，開爾文男爵威廉·湯姆森定義了絕對溫度，在此規定下沒有物質的溫度能低於絕對零度。氣體的絕對溫度與它所包含粒子的平均能量有關，溫度越高，平均能量越高，而絕對零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態，這是一種理想的理論狀態。到了上世紀50年代，物理學家在研究中遇到了更多反常的物質系統，發現這一理論並不完全正確。
在正常溫度下，這種逆轉是不穩定的，原子會向內坍塌。他們也同時調整勢阱雷射場，增強能量將原子穩定在原位。
現任美國麻省理工大學物理教授科特勒稱此最新成果為一項“實驗的絕技”。在實驗室里，反常高能態在正溫度下很難產生，而在負絕對溫度下卻會變得穩定——“就像你能把一個金字塔倒過來穩穩的放著，而不必擔心它會倒。”克特勒指出，該技術使人們能詳細研究這些反常高能態，“也可能成為創造新物質形式的一條途徑。”
研究簡史
韓國絕對零度熱管散熱器1848年，英國科學家威廉·湯姆遜·開爾文勳爵（1824-1907）建立了一種新的溫度標度，稱為絕對溫標，它的量度單位稱為開爾文（K）。
1890年德國物理學家馬克斯·普朗克引入的了普朗克常數表明這樣一個事實：粒子的速度的不確定性、位置的不確定性的乘積一定不能小於普朗克常數，這是我們生活著的宇宙所具有的一個基本物理定律（海森堡不確定關係）。
1995年，科羅拉多大學和美國國家標準研究所的兩位物理學家愛里克·科內爾和卡爾威曼成功地使一些銣原子達到了令人難以置信的溫度，即達到了絕對零度之上的十億分之二十度（2×10^-8K）。
真空零點能
在絕對零度下，任何能量都應消失。可就是在絕對零度下，依然有一種能量存在，這就是真空零點能。
真空零點能，因在絕對零度下發現粒子的振動而得名。這是量子真空中所蘊藏著的巨大本底能量。海森堡不確定性原理指出：不可能同時以較高的精確度得知一個粒子的位置和動量。因此，當溫度降到絕對零度時粒子必定仍然在振動；否則，如果粒子完全停下來，那它的動量和位置就可以同時精確的測知，而這是違反測不準原理的。這種粒子在絕對零度時的振動（零點振動）所具有的能量就是零點能。
量子真空是沒有任何實物粒子的物質狀態，其場的總能量處於最低，這是一切物質運動及能量場的最初始狀態，它的溫度自然處於絕對零度。這樣的狀態具有無限變化的潛在能力。零點能就是由（量子真空中）虛粒子，不斷產生的一對反粒子的出現和湮滅產生的。據推測，量子真空中，每立方厘米包含的能量密度有焦耳。
從理論上看，真空能量以粒子的形態出現，並不斷以微小的規模形成和消失。真空中充滿著幾乎各種波長的粒子，但卡西米爾認為，如果使兩個不帶電的金屬薄盤緊緊靠在一起，較長的波長就會被排除出去。接著，金屬盤外的其他波就會產生一種往往使它們相互聚攏的力，金屬盤越靠近，兩者之間的吸引力就越強。1996年，物理學家首次對這種所謂的卡西米爾效應進行了測定。這是證明真空零點能存在的確鑿證據。
負溫度
低溫下超導體產生的磁浮現象 在常用的攝式或華式溫標下，以負數形式表示的溫度只是單純的比此兩種表示方式下的0度更低的溫度。某些特定的系統（英語：Thermodynamic system）可以達到真正意義下的負溫度。也就是說，其熱力學定義下的溫度（以熱力學溫標表示）可以是一個負的值。一個具有負溫度的系統並不是說它比絕對零度更冷。洽洽相反，從感官上來講，具有負溫度的系統比任意一個具有正溫度的系統都更熱一些。也就是說，當分別具有正負溫度的兩個系統接觸時，熱量會由負溫度系統流向正溫度系統。
大多數常見的系統都無法達到負溫度，因為增加能量也會使得它們的熵增加的。但是，某些系統存在能量持有的上限，當能量達到這個上限時，它們的熵實際上會減少。因為溫度是由能量和熵之間的關係來定義的，所以即使能量在不停的增加，這個系統的溫度仍會變成負值。 所以，當能量增加時，對於處於負溫度的系統，描述其狀態的玻爾茲曼因子會增大而不是減小。因此，沒有一個完備的系統——包括電磁系統——能夠達到負溫度，這是因為能量狀態不會達到最大，所以不會有負溫度出現。但是，對於準均衡系統（如因自鏇而導致不均衡的電磁場）這一理論並不適用，所以準均衡系統是可能達到負溫度的。
逼近技術
和外太空宇宙背景輻射的3K溫度做比較，實現玻色-愛因斯坦凝聚的溫度170×10^(-9)K遠小於3K，可知在實驗上要實現玻色-愛因斯坦凝聚是非常困難的。要製造出如此極低的溫度環境，主要的技術是雷射冷卻和蒸發冷卻。
（1）雷射冷卻
（2）蒸發冷卻
溫度紀錄
2003年09月12日，由德國、美國、奧地利等國科學家組成的一個國際科研小組，日前改寫了人類創造的最低溫度紀錄：他們在實驗室內達到了僅僅比絕對零度高0.5納開爾文的溫度，而此前的紀錄是比絕對零度高3納開。這是人類歷史上首次達到絕對零度以上1納開以內的極端低溫。
最冷之地
最接近絕對零度的地方
智利天文學家發現了宇宙最冷之地，這個宇宙最冷之地就叫做“回力棒星雲”，這裡的溫度只比絕對零度高1開爾文，約零下272攝氏度，是“宇宙中已知的最冷天體”。科學家稱，在絕對零度條件下，所有的原子都幾乎凍結，“回力棒星雲”是已知的最接近絕對零度的地方。
最新研究
2013年1月5日（台北時間）據《自然》雜誌網站報導，物理學家們近期真的製造出了一種原子氣體，其溫度低於絕對零度。他們所開創的這項技術將有望創造出具有“負溫度”的物質材料並發展出相應的新型量子態，甚至還將有可能解答有關我們這個宇宙的基本謎團。
2014年2月，美國航天局宣布，正在為空間站打造一個原子“冰櫃”，這一實驗設備將可以創造100微微開爾文的極端低溫，也就是比絕對零度(零下273.15攝氏度)高出100億分之一攝氏度。
這個原子“冰櫃”的全稱為“冷原子實驗室”,計畫於2016年送至空間站上使用。項目科學家在一份聲明中說:“我們計畫在比正常情況寒冷得多的溫度下研究物質,我們的目標是將有效溫度降至100微微開爾文。”
