熱力學第零定律 (Zeroth law of thermodynamics)
國立臺灣大學物理學系101級 劉子禎

熱力學的四大定律是奠定熱力學的基礎，而最基礎的就是熱力學第零定律(Zeroth law of thermodynamics)。

要了解熱力學第零定律，首先要知道熱平衡(thermodynamic equilibrium)是甚麼。

一個物體有著許多宏觀物理性質，如壓力、溫度、體積等等；而當兩個物體接觸時，這兩個物體會開始改變自己的性質，而漸漸的這改變停止了，則稱這兩個物體處於熱平衡狀態。

舉個例子：把冰的珍珠奶茶放在桌上，可以觀察到冰塊漸漸融化，可以知道這杯珍珠奶茶與外界環境並不處於熱平衡狀態；等了一段時間，冰塊都融化了，且珍珠奶茶的溫度不再改變，此時才與外界處於熱平衡狀態。

了解了熱平衡是甚麼後，接下來就是熱力學第零定律了。常用的表述是：當兩個物體分別與第三個物體處於熱平衡狀態，則這兩個物體也處於熱平衡。

也可以想成：A物體與B物體接觸，達成熱平衡，而此同時，A物體也與C物體處於熱平衡，再把B、C物體接觸，兩者也處於熱平衡。

第零定律的成立使得我們可以明確定義出溫度而不會產生矛盾，淺顯一點來說就是它使我們得以做出溫度計。這是因為可以通過兩個物體的接觸來觀察兩者是否處於熱平衡，而處於熱平衡的兩個物體之巨觀性質不再改變，所以我們可以將物體的某些巨觀性質量化，以便當成其溫度高低的指標，從而做出溫度計。

例如一條金屬棒的長度就可當作溫度高低的指標；只要讓此金屬棒與要量測的甲物體接觸達到熱平衡，結果若金屬棒的長度沒有改變，這就表示該甲物體和金屬棒有相同的溫度。另一物體乙若依此方式做實驗而被發現也具有相同的溫度，則第零定律斷言，若讓甲和乙接觸，則它們不會有熱量轉移，會直接處於熱平衡，因此用金屬棒的長度來定義溫度不會出現矛盾。

雖然此定律比第一和第二定律的提出晚了幾十年，但基於其重要性，人們遂將之稱為第零定律。