对于温度测量我们好像都不陌生。但除了测量体温以判断我们身体是否有恙，测量气温以决定我们明天应该穿什么外，温度测量其实在更广泛的场景中还有着十分重要的应用：比如酒类发酵等食品加工过程需要严格控制温度；长度、频率等许多精密测量对环境温度有着严苛的要求；气候变化监测需要依赖于长时间极高准确度的亮度温度测量……
从化学反应和食品加工控制，到天气和气候变化评估，准确的温度测量对于许多日常工作都有着重要意义。而且，几乎所有的工程过程都取决于温度——有的甚至到了严重依赖的程度。在更极端的条件下——如炼钢所需的高温或使用超导体所需的极低温——正确测得温度也同样很重要，但这实现起来要难得多。
温度测量有着悠久历史。大约在2000年以前，古希腊工程师拜占庭的菲罗提出了这样的设计：一个装着水和空气的空心球，通过一根管子与一个敞口罐相联——这有可能是最早的温度计雏形。其工作原理如下：当空心球被加热或冷却时，其中的空气将随之膨胀或收缩，导致水从管子吸出或吸入。后来，人们发现当球体的温度从水的沸点降低到冰点时，球体中空气的体积收缩了三分之一左右。这使得人们开始思考，如果一直对球体进行降温的话会发生什么。19世界中叶，英国物理学家威廉·汤姆森，即后来的开尔文勋爵，也对“无限冷”（我们现在称之为温度的“绝对零度”）这一概念萌生了兴趣。1848年，他发表了一篇题为《关于一种绝对温标》的文章，并在文中估计绝对零度在-273 °C左右。为了纪念他的研究，我们现在用他的名字命名温度单位开尔文。
图：英国物理学家威廉·汤姆森（开尔文勋爵）
当开尔文勋爵开展研究的时候，人们还未就“所有物质都是由不断运动的分子构成的”这点达成共识。如今我们知道温度是对这些粒子平均动能的反映，而绝对零度——0开尔文——对应着可以达到的最低温度，即分子完全停止热运动的状态。
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温度范围 |
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地球上测得的自然界最低气温（南极洲） |
-89.2 ℃ |
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水银凝固 |
-38.8 ℃ |
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水结冰[1] |
0 ℃ |
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1978年年平均地表（含陆地和海洋）温度[2] |
14.1 ℃ |
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2017年年平均地表（含陆地和海洋）温度[2] |
14.9 ℃ |
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地球上测得的自然界最高气温（美国弗尼斯克里克）[2] |
56.7 ℃ |
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水沸腾[1] |
100 ℃（实际上应为99.974 ℃） |
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钢熔化 |
约1600 ℃ |
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太阳表面温度 |
约5500 ℃ |
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地核温度（估计值） |
约7000 ℃ |
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太阳中心温度（估计值） |
约15 000 000℃ |
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[1]随海拔变化。这是在海平面测得的温度。 [2]年度值，代表当时的总体趋势。 |
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大多数人常用摄氏度℃单位：℃= K-273.15。 |
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1960年SI创立时，水三相点的温度被精确定义为273.16 K。这是不含气体的液态水、固态水（冰）和水蒸气三相共存达到平衡状态的温度。之所以选择这个温度作为标准温度，是因为它既方便使用，又易于复现。相应的，开尔文被定义为水三相点温度的273.16分之一。我们通过与标准温度比较的办法，来测量物体的温度。在SI中，我们还定义了另一种温度单位，摄氏度（℃）。以开尔文为单位的温度数值减去273.15，就可以得到以摄氏度表示的温度数值了：
t(°C) = T( K) - 273.15
之所以这么做是为了方便以前使用摄氏温标的各种应用。在日常生活中，我们习惯于用摄氏度表示温度。在这个温标下，水在0 ℃结冰，在100 ℃沸腾。注意到从开尔文换算到摄氏度需要减去273.15，那么水三相点的温度应等于0.01 ℃。
图：水三相点
（图片来源：美国国家标准与技术研究院官方网站www.nist.gov)
在新的定义中，开尔文将不再以一个随机选取的参考温度来定义，而是以分子动能来定义。定义方式如下：当玻尔兹曼常数k以单位J K-1即kg m2 s-2 K-1表示时，将其固定数值取为1.380 649×10-23来定义开尔文，其中千克、米和秒用h，c 和ΔνCs定义。新定义生效以后，我们将可以直接用分子动能来高效地测量温度。摄氏度与开尔文的换算关系将与2019年五月之前的保持一致。
对于绝大多数用户来说，重新定义将悄然而至，不留痕迹；水仍然在0 ℃结冰，在定义改变以前标定过的温度计的示值依然正确无误。但是，重新定义使全新的测温技术成为可能，极高、极低温测量可能最先受益。
原文来源：欧洲计量组织（EURAMET）
英文链接：https://www.euramet.org/si-redefinition/countdown-si-redefinition/the-ke...