Absolute Temperatur ist die Temperatur, die mit einer bei Null beginnenden Skala gemessen wird, wobei diese Null die kälteste theoretisch erreichbare Temperatur in der Natur ist. Es gibt zwei gängige absolute Temperaturskalen, die von der Fahrenheit-Skala und der Celsius- oder Celsius-Skala abgeleitet sind. Erstere ist die Rankine-Skala und letztere die Kelvin-Skala. Obwohl sie immer noch für gewöhnliche Zwecke verwendet werden, sind sowohl die Celsius- als auch die Fahrenheit-Skala mit ihrem unteren Endwert unter Null für wissenschaftliche Computerzwecke weniger wünschenswert. Null Grad Rankine ist identisch mit Null Grad Celsius.
Einfach ausgedrückt ist die Temperatur ein Indikator dafür, wie heiß oder kalt ein Objekt im Verhältnis zu anderen Objekten ist. Da die Temperaturen je nach Jahreszeit und Situation variieren, wurde eine Skala mit Zwischenabstufungen entwickelt, um Vergleiche zu ermöglichen. Zwei Fixpunkte werden benötigt, um eine nützliche Skala zu erstellen – einen globalen, unveränderlichen Standard. Die logische Wahl als Grundlage für die Standardtemperaturskalen war Wasser, da es reichlich vorhanden ist, zugänglich ist, seinen Zustand bei bestimmten Temperaturen ändert und leicht gereinigt werden kann. Wie oben erwähnt, bezieht sich Temperatur jedoch auf Wärme, und Wärme bezieht sich auf einer grundlegenderen Ebene auf atomare und molekulare Bewegung.
Energie kann von Atomen und Molekülen auf verschiedene Weise aufgenommen werden, beispielsweise durch Elektronenanregung, die Übertragung eines Elektrons von einem niedrigeren in einen höheren Orbitalzustand. Im Allgemeinen wird jedoch Energie absorbiert und erhöht die Bewegung des gesamten Atoms oder Moleküls. Diese Energie – die Energie, die zu „Kinesis“ oder Bewegung führt – ist kinetische Energie. Es gibt eine Gleichung, die kinetische Energie mit Wärme verknüpft: E = 3/2 kT, wobei E die durchschnittliche kinetische Energie eines Systems, k die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur in Grad Kelvin ist. Beachten Sie, dass in dieser Berechnung, wenn die absolute Temperatur null ist, die Gleichung anzeigt, dass überhaupt keine kinetische Energie oder Bewegung vorhanden ist.
Bei null Grad absoluter Temperatur existiert tatsächlich noch eine Art von Energie, auch wenn dies nicht das ist, was die obige klassische physikalische Gleichung anzeigt. Die verbleibende Bewegung wird von der Quantenmechanik vorhergesagt und ist mit einer bestimmten Art von Energie verbunden, die als „Nullpunkt-Schwingungsenergie“ bezeichnet wird. Quantitativ lässt sich diese Energie mathematisch aus der Gleichung für einen quantenharmonischen Oszillator und mit Kenntnis des Heisenbergschen Unschärfeprinzips berechnen. Dieses physikalische Prinzip schreibt vor, dass es nicht möglich ist, sowohl den Ort als auch den Impuls von sehr kleinen Teilchen zu kennen, daher muss das Teilchen, wenn der Ort bekannt ist, eine winzige Schwingungskomponente beibehalten.