Когда мы говорим о температуре, мы говорим о степени нагретости тела или среды. Например, в тропиках воздух теплый, а в Антарктиде – холодный. Мы знаем, что температура – это показатель того, насколько интенсивно движутся частицы в веществе. То есть молекулы воздуха в тропиках двигаются быстрее, чем молекулы воздуха в Антарктиде.
Но все молекулы состоят из атомов, а все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны в свою очередь состоят из кварков. Отсюда вопрос – существует ли температура у субатомных частиц?
И ответ – Как вы думаете? – ТАДАМ!!! – у субатомных частиц температуры нет! Электроны, протоны, нейтроны, кварки не имеют температуры в привычном нам понимании. Они не могут быть «горячими» или «холодными», их нельзя «подогреть» или «охладить» и их поведение описывается квантовой механикой, а не классической физикой.
Однако у субатомных частиц есть энергия, которая может быть связана с температурой. Например, когда мы говорим о плазме, мы можем описать температуру этой субстанции на основе средней кинетической энергии вовлеченных в нее частиц.
В физике высоких энергий эксперименты на ускорителях характеризуются «температурой» столкновения. Но это не внутренняя температура сталкивающихся субатомных частиц, а температура самого столкновения, измеренная в лабораторной системе отсчета (где сталкивающиеся частицы движутся со скоростями, очень близкими к скорости света).
В квантовой механике частицы могут обладать такими свойствами, как уровни энергии и распределения, которые можно связать с температурой, особенно в системах, находящихся в тепловом равновесии. Например, электрон может перейти на более высокий энергетический уровень, но не за счет повышения температуры, а в результате поглощения энергии.
В квантовом мире действуют свои правила. Там частицы могут находиться в разных энергетических состояниях, но это не то же самое, что температура. Например, при абсолютном нуле процессы внутри атомов не замерзают и продолжают работать как обычно.
Подводя итог, можно сказать, что хотя отдельные субатомные частицы не имеют температуры, коллективное поведение многих субатомных частиц в системе можно описать с помощью температуры на основе их средней кинетической энергии (плазма).
Таким образом, хотя мы говорим о температуре вещества, состоящего из атомов и молекул, само понятие температуры неприменимо к отдельным субатомным частицам – они существуют в совершенно другом физическом мире, где действуют законы квантовой механики.
