ТЕМПЕРАТУРА. Мерой хаотического движения всей совокупности частиц вещества, проявляющегося в форме энергии тепла, является его температура. Тепловая энергия — не что иное, как кинетическая энергия движения отдельных молекул, из которых построены все физические тела. Высокая температура соответствует и высокому уровню тепловой энергии. При высоком уровне энергии, а следовательно, и при высокой температуре частицы вещества движутся быстрее, а встречая другие частицы, соударяются с ними энергичнее и чаще. При низком уровне энергии и низкой температуре скорость движения частиц и количество столкновений, естественно, меньше.
Температура тела или вещества и определяется средней энергией всей совокупности частиц, составляющих данное тело или вещество. Но где господствует хаотическое, беспорядочное движение частиц, там, естественно, можно найти частицы с самой различной энергией, т. е. движущиеся с самой различной скоростью.
Отсюда вывод: каждой энергии частицы или совокупности частиц соответствует своя скорость движения, а следовательно, и число столкновений с другими частицами и, как результат, разная температура. Поэтому, чтобы судить о состоянии вещества, важно знать самую исходную характеристику энергии его частиц. А температура совокупности этих частиц является уже следствием средней энергии их движения.
Тщательные измерения энергетических уровней частиц показали, что энергии движения частицы, равной 1 эв, соответствует температура 11600° К. Следовательно,чтобы осуществить ту же самую операцию, только нагревая атомы вещества, нужно было бы поднять их температуру значительно выше 10 000° С. Чтобы оторвать, например, электрон от атома водорода, нужно затратить энергию 13,53 эв. Такова связь между энергией, выраженной в электронволь-тах, и энергией, выраженной в градусах.
Большая часть молекул вещества распадается на атомы (диссоциирует) при температуре 10 000° С. Атомы лишаются большей части или всех своих внешних электронов при 100 000° С, и, наконец ядро атома распадается на протоны и нейтроны при температуре, превышающей тысячи и десятки тысяч миллионов градусов. При всех этих процессах поглощается энергия, идущая на преодоление сил, удерживающих вместе частицы, из которых складывается ядро атома, затем атомы и, наконец, молекулы.
Для осуществления термоядерной реакции необходима энергия уже в несколько десятков тысяч электронвольт. При этом газ нагревается до нескольких сот миллионов градусов. Это число поражает воображение своей грандиозностью, но мало что говорит физику, которому в конечном счете важно знать не температуру, а энергию частицы.
Здесь необходимо сделать одно очень существенное замечание. Главной характеристикой тепловой энергии является то, что это энергия беспорядочного движения и столкновений частиц, движения как попало, во все стороны, независимо от времени. Только при таком естественном беспорядочном распределении направлений скоростей и числа столкновений частиц можно отождествлять это движение с температурой газообразной системы частиц.
Совсем другая физическая картина наблюдается при движении потока частиц в вакууме, всех в одном направлении, например частиц, разгоняемых в ускорителях до энергии, допустим, равной 1 Гэв (1 млрд. эв). При таких энергиях, казалось бы, температура состоящего из этих частиц газа должна получаться равной 10 тысячам миллиардов градусов. Однако этого не наблюдается, так как движение частиц носит организованный характер. Все они движутся в одном направлении, редко сталкиваясь друг с другом. Их движение резко отличается от беспорядочного теплового движения частиц, какое происходило бы в газе при такой скорости составляющих его частиц. Поэтому можно успешно определить энергию этих частиц (что, собственно говоря, и нужно), но ничего нельзя сказать о температуре этого потока частиц. Да и знать ее не существенно* она будет незначительна. Но зато можно точно сказать, какова будет температура совокупности этих частиц, когда они обрушатся на какую-либо мишень, т. е. когда организованное движение их превратится в хаотическое. Она и будет равна тысячам миллиардов градусов.