負の絶対温度における熱力学と統計力学

負の絶対温度が発生しうる状況について論じ、負の温度における熱力学および統計力学の原理を展開する。熱力学系のエントロピーが内部エネルギーの単調増加関数でない場合、({) }ₗ が負であるときに負の温度を持つ。負の温度は正の温度よりも高温である。負の温度の可能性を考慮すると、従来の熱力学の記述をいくつか修正する必要がある。例えば、負の温度のリザーバーから熱を取り出すことができ、その結果として同等量の仕事を行う以外の効果は生じない。熱力学第二法則の標準的な定式化の一つは、以下のように修正されなければならない：正の温度のリザーバーから熱を取り出し同等の仕事を行うまたは負の温度のリザーバーに熱を放出し、それに対応する仕事がエンジンに対してなされる以外の効果を持たずに閉じたサイクルで動作するエンジンを構築することは不可能である。内部熱力学的平衡状態にあり、本質的に孤立し、許される状態にエネルギーの上限を持つ熱力学系は負の温度を有することができる。このような系の統計力学を論じ、核スピン系に適用する。