前言：

在我們開始聊（Color Temperature ／色溫）一詞時，先來聊一下"絕對溫度"

絕對溫度的提出者凱爾文，（William Thomson, Lord Kelvin，1824－1907），是英國著名物理學家。發表近七百篇論文，涉及的科學題材範圍廣泛，並有七十種發明專利。1866年受封爵士，1892年由於他在工程和物理方面的貢獻而升為貴族。

1860年代前後科學家開始熱輻射頻譜的研究。熱輻射乃是發熱的物體會發出不同波長的電磁波。例如太陽所發出的熱輻射以紫外光、紅外光和可見光居多，而蠟燭則發出紅外光及可見光。在絕對溫度不為零的情況下，所有的物體都不斷向物體周圍發出／吸收熱輻射。只有當物體與周遭環境達到熱平衡時，物體吸收與發出熱輻射的速率才會一樣。

我們在電視／電影看到的紅外線探測器，其原理就是偵測人體發出的熱輻射高於自環境所吸收的熱輻射，但因此熱輻射波長屬於不可見光，必須經由儀器或夜視鏡觀察，才能於黑夜或隔空偵測人體活動，這也是為什麼劇中人物可以透過降低身體體表溫度，而達到儀器偵測隱形的原理。

熱力學所定義的絕對溫度，是由凱爾文所定義在科學基礎上極重要的一種溫度表示法，其劃分標準與攝氏溫度計相同，但起始點不同。絕對零度即熱力學中溫度的理論下限，相當於攝氏零下273.15度（−273.15℃）。

物體的溫度取決於物體內原子和分子的動能。這些粒子的動能越高，物體的溫度就越高。理論上，如果粒子的動能已經降低到根據量子力學原則不能更低的程度，物體即達到絕對零度，溫度不能再低。實驗上，絕對零度目前尚無法達到，而任何物體的溫度亦不可能低過絕對零度。

在絕對零度空間下，因為粒子不會有任何振動，整個空間便沒有熱輻射的存在，而其於空間的體積會是零。現實環境中不斷有熱輻射的存在和轉換，而絕對零度只存在一開始便毫無熱能量的空間出現。由於只要有空間的存在，就必然有熱量的存在。因此，在絕對零度下，所有物質的體積必定是零。

色溫：

當我們了解絕對溫度的定義以後，我們開始來了解什麼是（Color Temperature ／色溫）？

經由實驗，科學家發現有一類物體稱之為黑體(Blackbody)，儘管它們有不同的化學成份，可是在同一溫度下它們卻有相同的熱輻射頻譜。

黑體熱輻射頻譜的普適性，引起了理論物理學家的興趣。為了模擬黑體產生熱輻射的過程，當時的物理學家發展出以下的理論：假設有一內部中空的黑體，只有一個小洞與外界接通。將此中空的黑體加熱後，黑體所釋放出的熱輻射將充滿內部空間，而黑體內部所無法吸收的熱輻射，就會透過小洞慢慢釋放至外界。

由於加熱初期粒子的動能不高（低頻率），所產生的波長高於可見光（人眼可見光波長約為：380nm至780nm），當持續加熱至粒子振動頻率接近10^15 Hz時，波長開始趨近可見光，於是陸續看見紅、橙、黃、綠、藍、靛，到波長較短的紫光，再來因為波長低於可見光，所以就無法為人眼所辨識。

色溫的定義就是依照上述理論而得：當黑體加熱至某絕對溫度時，熱輻射釋放出一特定顏色。當某物體熱輻射釋放出的顏色與其相同時，則黑體加熱的絕對溫度即為該物體的相對色溫，而非物體本身的實際溫度。

人工光源比較容易了解，例如：燭光或火光色溫約2,000∘K或以下。
家庭用鎢絲燈色溫為2,900∘K，攝影棚用鎢絲燈色溫為3,200∘K。
外接機頂閃光燈工業標準色溫為5,500∘K，HMI專業燈具色溫為5,600∘K。
而戶外的自然光源色溫變化就比較大，晴天戶外的色溫約為5,200∘K∼5,600∘K。
日出前／日落後的天空，因陽光需穿透厚重雲層及水氣，所以色溫偏低約2,500∘K以下，天空的顏色偏橙紅色。
日出後／日落前的一個小時，太陽的熱輻射增強／減少，色溫約介於3,000∘K∼3,800∘K之間，天空的顏色偏黃橙色。
由上可知色溫不同會呈現不同的顏色，一般來說色溫高則偏冷調，色溫低則偏暖調。

以上為色溫的基本原理，有空再補充，有錯也請不吝指正，歡迎大家討論。

引文:

黑體最簡單的定義是「對任何波長的電磁波吸收率是 1 的物體」，自然界不存在這麼完美的吸收體，所以「經由實驗，科學家發現有一類物體稱之為黑體」這個說法有待商榷。既然找不到黑體，那後來的人在實驗上是怎麼研究黑體輻射的呢？這就跟您文後提到的空腔輻射（cavity radiation）有關。做實驗的人在空腔表面開一個小洞，所有任何波長的電磁波經由這小洞進入空腔不是被空腔壁所吸收，就是在逐次反射的過程中衰減，從小洞出去的機率幾乎是零。反之，當我們加熱空腔時，透過小洞放出來的輻射頻譜是連續的，跟空腔材料無關，只跟溫度有關。在這樣的條件下，空腔上面的小洞就可以近似為理論上的黑體。

引文:

不是要挑您的語病，但是這兩段的敘述細看之下有矛盾。特別是「動能已經降低到根據量子力學原則不能更低的程度，物體即達到絕對零度」跟「在絕對零度下，所有物質的體積必定是零」相互牴觸。

為什麼呢？在回答之前讓我們先問一個問題：在量子力學原理下系統的最低能量是甚麼？「零」是一個合理的猜測，但實際的狀況是大部分量子系統的最低能量都不是零。要了解個中原因，我們可以回顧一下測不準原理：任何狀況下我們都沒有辦法同時精確的決定兩個共軛物理量的值，比如說動量跟位置。如果系統的能量是零，換句話說動量可以被決定，那麼我們就完全沒有辦法確定系統的位置，自由粒子正是處於這樣的狀況：我們雖然知道自由粒子的能量，但是它卻可以出現在任何一個地方。對於在位能井裡面的粒子，就是另外一回事了。粒子被束縛在位能井裡面（有形物質的原子或分子屬於這種狀況，也因為這樣，有形物質才有固定的形狀）表示我們對它的位置有一定的了解（總是在位能井裡面裡面晃來晃去嘛），這種狀況下根據測不準原理它的動量一定不會是零，也就是能量一定不是零。這個不是零的最低能量有個名字叫做「零點能」，最早是由 Einstein 跟另外一位德國物理學家 Otto Stern 於 1913 年所提出。他們的分析了氫氣在低溫下的比熱實驗數據，結論是當振動能量的形式為



的時候，數據可以得到最佳的詮釋。式中的第二項 hv/2 就是所謂的零點能。這個式子實際上也說明了即使在絕對零度 T=0，系統的能量也不是零，而是 hv/2。

回到原來的問題，為什麼這兩句話有牴觸？因為從第一句話可以引伸出系統目前的能量只有零點能，根據測不準原理這個時候粒子的位置沒有辦法完全確定，也就是說佔有一定的空間（體積不為零），這個結論就與二句話的陳述互相矛盾。不過「在絕對零度下，所有物質的體積必定是零」也有待商榷。一個反例是液態氦，由於氦有很大的零點能，使得液態氦即使在絕對零度也沒有辦法固化，體積當然就不會為零。