| 基準 | ケルビン (°K) | セルシウス度 (°C) |
|---|---|---|
| Absolute zero | 0 °K | -273.15 °C |
| Freezing point of water | 273.15 °K | 0 °C |
| Average room temperature | 293.15 °K | 20 °C |
| Human body temperature | 310.15 °K | 37 °C |
| Boiling point of water | 373.15 °K | 100 °C |
ケルビンは、国際単位系における熱力学温度の基本単位です。記号は K で、度の記号も 度 という語も付けずに書きます。したがって温度は 300 ケルビン と表し、300 度ケルビン とは言いません。
その零点は絶対零度、すなわち粒子の熱運動が量子力学的な最小値に達する温度です。これより冷たいものは存在しえず、そのためケルビンは相対的な目盛りではなく絶対的な目盛りになります。この性質は物理学で意味をもちます。比が意味をなすからです。600 ケルビン の気体は 300 ケルビン の気体の 2 倍の絶対温度をもちますが、同じ温度を セルシウス度 や ファーレンハイト度 で書けば、この言明はまったく成り立ちません。
ケルビン の幅は セルシウス度 の幅と同一なので、温度差は両者で数値が等しくなります。異なるのは原点のずれだけで、その値はちょうど 273.15 です。ウィリアム・トムソン、のちのケルビン卿は 1848 年に絶対温度目盛りを提案しました。熱機関に関するカルノーの仕事から、特定の物質によらない熱力学温度が存在するはずだと導いたのです。
2019 年以降、ケルビン はボルツマン定数をちょうど 1.380649 かける 10 の マイナス 23 乗 ジュール毎ケルビン と定めることで定義されています。それ以前の定義は水の三重点を用いていましたが、これは実在の物理的な定点でありながら、試料の同位体組成に左右されます。極低温工学、天文学、分光学、そして写真と照明における色温度がこの単位を用いており、電球の温白色が 2700 K、昼光色が 5500 K として売られているのはそのためです。
いくつも の 分野 が、この 目盛り の 特定 の 点 に住んでいます。宇宙 の 背景 の 放射 は 2.725 ケルビン、液体 ヘリウム の 沸く 点 は 4.2、古い 型 の 超 伝導 は およそ 20 より 下 で働きます。だからこそ 窒素 ではなく ヘリウム が要るのです。液体 窒素 は 77 ケルビン で沸き、値段 も 安い ので、1986 年 に その 目印 より 上 で 超 伝導 する 材料 が見つかった こと は、実現 できる こと を変えました。反対 の 端 では、電球 の 線 は 2800 ケルビン 近く で光り、太陽 の 表面 は 5800、その 中心 は 千五百万 に達します。これら すべて を、物理 の 零 をもつ 一つ の 目盛り で表せる こと こそ が、そうした 比較 に 意味 を与えます。
0 ケルビン は マイナス 273.15 セルシウス度 に等しく、273.15 ケルビン は 0 セルシウス度 に等しくなります。
セルシウス度は、標準気圧のもとで水が 0 で凍り 100 で沸騰する目盛りにおける温度の単位です。記号は度の記号に C を続けたものです。世界のほとんどすべての国で日常の温度単位として使われており、その 1 度の幅は ケルビン とまったく同じです。
アンデルス・セルシウスは 1742 年、数字を逆向きにしてこの目盛りを提案しました。水の沸点を 0、凝固点を 100 としたのです。ひっくり返したのがセルシウス本人か、カール・フォン・リンネか、器械職人のダニエル・エークストレームかについては議論がありますが、反転は彼の死から数年のうちに起こり、以来この目盛りは上向きに進んでいます。2 世紀のあいだは百分度目盛りと呼ばれ、1948 年にセルシウスにちなむ名に改められました。フランスやスペインの測量では、百分度がすでに直角の 100 分の 1 を指していたことも理由のひとつです。
今日の定義は、もはや水にまったく言及しません。セルシウス目盛りは ケルビン から定義され、0 度をちょうど 273.15 ケルビン と定めています。ケルビン 自体は 2019 年からボルツマン定数によって固定されています。水の凝固点と沸点は、いまや定義ではなく測定の結果であり、あらゆる条件のもとでちょうど 0 や 100 に来るわけでもありません。
天気を ファーレンハイト度 で伝える大国はアメリカだけであり、そのアメリカでも科学は セルシウス度 で動いています。体温、調理、気象、工業のプロセス制御はいずれもこの単位を使い、二つの基準点は覚えやすいので、多くの人は知らない温度でも換算なしに見当をつけられます。
ここ では 文法 の 区別 が 実 の ある 意味 をもちます。温度 は 摂氏 度 で書きますが、二 つ の 温度 の 差 は ケルビン で書きます。二 つ の 目盛り は 同じ 刻み を分かちあい、零 の 置き場所 だけ が 異なる からです。ですから 熱 の 計算 は、温度 そのもの を 摂氏 で示す ときでも、比熱 を 1 キログラム 1 ケルビン あたり の ジュール で表します。摂氏 五 度 の 上がり は、ちょうど 五 ケルビン の 上がり です。この 決まり は、絶対 の 温度 と 温度 の 差 を まぜた 計算 に出あう まで は 細かすぎる ように見えます。その とき、両者 を分けておく こと だけ が、273.15 の ずれ が 式 に入り込む のを防ぎます。
0 セルシウス度は 273.15 ケルビン、あるいは 32 ファーレンハイト度に等しく、1 セルシウス度の変化は 1.8 ファーレンハイト度の変化に等しくなります。