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或称负热力学温度。在1951年珀色耳(Purcell)和庞德(Pound)发现在氟化锂晶体上的自旋系统，可以处在负温度状态达几分钟之久。而在1956年喇姆塞(Ramsey)作了理论的说明。 由热力学理论可知，系统的温度T可由公式 得出，其中S和E分别代表系统的熵和内能。通常系统的熵随内能单调地增加，其热力学温度是恒正的。但也存在一些系统，例如自旋系统，其能量有一个上限，而熵为内能的函数有一个极大，当系统处于熵随内能单调地减少的范围，这个系统即处于负温度状态。对一个可以产生负温度状态之系统，当热力学温度T→0时，系统处于最低的能量态，它的熵等于零。在系统的温度升高时，系统的内能和熵也单调地增加。当T→＋∞时，熵达到最大值，此时如果使系统的内能继续增加，即系统继续变""热""，而系统的温度会由T＝－∞渐增到－0。可见，负温度状态的系统的内能大于正温度状态的系统的内能，因此当一个处于负温度状态的系统与一个正温度状态的系统热接触时，热量即以负温度系统传达到正温度系统。也就是说，负温度并不是比正温度低，而是比无限大温度还高。