В ходе становления и развития физики формировались основные понятия и термины. Так появились понятия тела, взаимодействия, силы. Были определены физические величины и единицы измерений. С течением времени многие понятия пересматривались, единицы измерения уточнялись. Так еще совсем недавно сила света измерялась в свечах, а мощность в лошадиных силах. Теперь на смену им пришли кандела и Ватт. Изменились стандарты метра, килограмма, секунды и др. Большинство физических величин имеют интуитивно понятный смысл. Но есть некоторые величины, очень привычные для нас, но совершенно непонятные. Самой непонятной для меня физической величиной является температура. Никто не может мне объяснить, что это такое? Дело в том, что в бытовом понимании это исключительно субъективная характеристика объекта, определяемая органами чувств человека, по отношению к состоянию его тела. Более того, понятие температуры изначально имело исключительно качественный характер, т.е. имели смысл только такие понятия как тепло, жарко, холодно и т.п. Точнее сказать, можно было судить только о том, что объект ощущается более теплым или холодным по отношению к телу человека. Можно утверждать, что только такое бытовое понятие температуры и имеет практический смысл.
Однако у физиков есть непреодолимое желание все измерять, даже если это и не имеет практического смысла. Однако та же ли температура подразумевается в физике, которую мы интуитивно понимаем?
В термодинамике понятие температуры было введено во времена теории теплорода, и понималось как концентрация теплорода в теле. Поэтому температура стала измеряться в градусах, т.е. в условных единицах концентрации. В термодинамике температура является характеристикой системы, означающей степень её нагретости, и определяет направление теплового потока в процессе теплообмена между системами (https://ru.wikipedia.org/wiki/Термодинамика). Но если, как оказалось, теплорода не существует, то тогда что так старательно измеряли физики с помощью ртутного столбика? Какую характеристику системы? Термодинамика не может ответить на этот вопрос.
На смену теории теплорода пришла молекулярно-кинетическая теория, описывающая свойства тел исходя из того, что все тела состоят из непрерывно движущихся молекул (https://ru.wikipedia.org/wiki/Молекулярно-кинетическая_теория). Казалось бы, и от физической величины, характеризующей концентрацию теплорода в веществе, нужно отказаться. Но уж очень привыкли физики к ней, очень удобно с помощью неё описывать тепловые процессы. Поэтому решили оставить эту физическую величину, но дать ей другую интерпретацию. В молекулярно-кинетической теории на примере идеального газа температуру определили как функцию от среднеквадратичной скорости молекул. Это имеет свою логику. Получается, что чем быстрее двигаются молекулы в веществе, тем выше температура тела. Но та ли это температура, которую мы воспринимаем? Не совсем. В частности, ощущение тепла зависит от плотности вещества, с которым контактирует человек. Более разряженный газ не будет казаться таким же горячим, как более плотный такой же газ с той же самой средней скоростью движения молекул. Но это не очень существенно, т.к. касается только ощущений человека и его восприятия тепла. Более важным является то, что это упрощенная интерпретация температуры. Она может быть применима только для случая хаотического движения молекул, как в случае идеального газа. А если движение молекул газа каким-либо образом упорядочено? В качестве примера можно рассмотреть газ, все молекулы которого движутся с одинаковыми большими скоростями в одном и том же направлении. Можно ли его назвать горячим, если его молекулы в действительности неподвижны относительно друг друга? Нет. Скорее всего, это абсолютно холодный газ.
П.Л.Капица очень точно сформулировал суть физического понимания температуры: « ... мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние, и эта идея (которая впервые была разработана Больцманом), что определённое температурное состояние тела вовсе не определяется энергией движения, но хаотичностью этого движения, и является тем новым понятием в описании температурных явлений, которым мы должны пользоваться…». (https://ru.wikipedia.org/wiki/Температура)
Поэтому не удивительно, что в статистической физике температура определяется как производная от энергии системы по её энтропии, где энтропию можно понимать как меру хаоса. А это, согласитесь, уже совсем не «интуитивно понятная» физическая величина, а сложная комплексная характеристика системы, которая, видимо, не поддается измерению.
Но температура в физике не обязательно связана с кинетической энергией молекул. Так в законе излучения абсолютно черного тела тоже фигурирует температура. Её называют радиационной температурой. Температура входит в формулу Планка, описывающую спектральное распределение энергии излучения абсолютно черного тела. Но что понимается под температурой в этих случаях? Совпадает ли радиационная температура с термодинамической температурой? Имеет ли температура единое понимание и определение как характеристика системы, зависящая от её состояния? Любой ответ на эти вопросы не очевиден.
Апофеозом изложения может служить пример прогноза погоды: «Сейчас температура воздуха составляет -11 градусов Цельсия, ощущается как -20 градусов». Всё. Конец абзаца…