La temperatura assoluta è la temperatura misurata utilizzando una scala che inizia da zero, dove lo zero è la temperatura più fredda teoricamente raggiungibile in natura. Esistono due comuni scale di temperatura assoluta derivate dalla scala Fahrenheit e dalla scala Celsius o centigrada. La prima è la scala Rankine e la seconda è la scala Kelvin. Sebbene siano ancora utilizzate per scopi ordinari, entrambe le scale Celsius e Fahrenheit, con il loro valore inferiore inferiore allo zero, sono meno desiderabili per scopi scientifici computazionali. Zero gradi Rankine è identico a zero gradi Celsius.
In poche parole, la temperatura è un indicatore di quanto sia caldo o freddo un oggetto rispetto ad altri oggetti. Poiché le temperature variano a seconda della stagione e della situazione, è stata sviluppata una scala completa di gradazioni intermedie per consentire i confronti. Sono necessari due punti fissi per creare una scala utile: uno standard globale e invariabile. La scelta logica su cui basare le scale di temperatura standard è stata l’acqua, poiché è abbondante, accessibile, cambia stato a determinate temperature e può essere facilmente purificata. Come accennato in precedenza, tuttavia, la temperatura si riferisce al calore e il calore si riferisce a un livello più elementare al movimento atomico e molecolare.
L’energia può essere assorbita da atomi e molecole in vari modi, ad esempio attraverso l’eccitazione degli elettroni, il trasferimento di un elettrone da uno stato orbitale inferiore a uno superiore. In generale, tuttavia, l’energia viene assorbita e aumenta il movimento dell’intero atomo o molecola. Quell’energia – l’energia che porta alla “cinesi” o al movimento – è energia cinetica. Esiste un’equazione che lega l’energia cinetica al calore: E = 3/2 kT, dove E è l’energia cinetica media di un sistema, k è la costante di Boltzmann e T è la temperatura assoluta in gradi Kelvin. Si noti che in questo calcolo, se la temperatura assoluta è zero, l’equazione indica che non vi è alcuna energia cinetica o movimento.
Un tipo di energia in realtà esiste ancora a zero gradi di temperatura assoluta, anche se questo non è ciò che l’equazione fisica classica sopra indica. Il movimento rimanente è previsto dalla meccanica quantistica ed è associato a un tipo specifico di energia chiamata “energia vibrazionale di punto zero”. Quantitativamente, questa energia può essere calcolata matematicamente dall’equazione per un oscillatore armonico quantistico e con la conoscenza del Principio di Indeterminazione di Heisenberg. Quel principio della fisica impone che non sia possibile conoscere sia la posizione che la quantità di moto di particelle molto piccole, quindi se la posizione è nota, la particella deve mantenere una minuscola componente vibrazionale.