В 1802 году французский физик Гей-Люссак экспериментально открыл очень важный газовый закон. Согласно ему, относительное изменение объема газа данной массы при фиксированном давлении прямо пропорционально изменению температуры. На языке математики это утверждение выглядит так:
(V-V0)/V0=a(T-T0) ,
где T0 — начальная температура, T — конечная температура, V0 — объем газа при температуре T0, V — объем газа при температуре T, а "a" — коэффициент пропорциональности, который называют "температурный коэффициент объемного расширения".
Опыт показал, что для газов малых плотностей коэффициент "а" всегда одинаковый и не зависит от сорта газа. Его значение равно 1/273 [1/°С] (в квадратных скобках указана размерность: обратный градус Цельсия).
Удобно положить Т0 равным 0 °С, то есть начальный объем V0 находится при нуле градусов Цельсия. Тогда формула примет вид:
(V-V0)/V0=aT.
Теперь перейдем, собственно, к абсолютному нулю.
Мы видим, что при уменьшении температуры, объем газа V тоже должен уменьшаться. Но, очевидно, что он не может стать отрицательным, а это значит, что у температуры есть нижний предел — абсолютный ноль температур.
Найдем его значение.
Для этого просто приравняем объем V к нулю и немедленно получим:
T=-1/a.
Подставляя численное значение коэффициента "а", находим значение абсолютного нуля по шкале Цельсия:
T=-273 °С.
Сегодня абсолютный ноль полагается равным -273,15 °С.
Замечание.
Существование абсолютного нуля температур предсказывалось и до открытия Гей-Люссаком своего газового закона, но его точное значение получено не было.