Может ли быть температура t = -300°C? Ответ пояснить, используя молекулярно-кинетический смысл температуры.

Короткий ответ: нет, t = −300 °C быть не может (для обычных систем). Самая низкая возможная температура — −273,15 °C (это 0 K, абсолютный ноль).

Почему так, если смотреть с точки зрения молекулярно-кинетической теории:

• Температура — мера «теплового движения» частиц. В идеальном газе средняя кинетическая энергия поступательного движения одной частицы равна $\tfrac{3}{2}kT$, где $k$ — постоянная Больцмана, $T$ — абсолютная температура в кельвинах.

• Кинетическая энергия не может быть отрицательной. Значит, $T$ тоже не может быть меньше нуля по абсолютной шкале.

• Значение $T=0\,\text{K}$ соответствует состоянию, где тепловое поступательное движение «заморожено» (в квантовом смысле остаётся лишь нулевая энергия покоящихся колебаний, но она не делает температуру отрицательной). На шкале Цельсия это −273,15 °C.

• Температура −300 °C соответствовала бы отрицательным кельвинам (−26,85 K), а это для обычной материи физически бессмысленно: ниже абсолютного нуля уйти нельзя (принцип недостижимости третьего начала термодинамики).

Нюанс для полноты: в особых системах с ограниченным спектром энергий (например, спиновые системы с инверсией населённостей) вводят так называемые «отрицательные температуры» по Кельвину. Но такие состояния не «холоднее абсолютного нуля» — они, наоборот, горячее любой положительной температуры и не переводятся в градусы Цельсия наподобие −300 °C. К обычной термодинамической температуре веществ это не относится.

Итого: температура −300 °C невозможна, потому что по молекулярно-кинетическому смыслу температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц, а та не может быть меньше нуля; минимально достижимая температура — 0 K (−273,15 °C).