Usted dice que la "densidad" parece ser una gran escala del fenómeno," y creo que tienes toda la razón. La temperatura también es un gran escala del fenómeno. No podría decirse que no hay tal cosa como un "más caliente" o "frío" de la molécula, por lo menos en un gas ideal. Hay más rápido de las moléculas, y la más lenta de las moléculas, y en cualquier momento dado en un gas, rápido de las moléculas al chocar lento moléculas, la transferencia de momentum en el proceso. Esto significa que una determinada molécula puede pasar de ser un más rápido de la molécula a ser más lento molécula muchas veces en un período muy corto.
De hecho, podría ser significativa para describir la temperatura como una medida de la "densidad de energía." Considere la ecuación que relaciona la energía cinética media de una partícula a la temperatura del sistema en un gas ideal:
$$\overline{E}_{k} = \frac 1 2 kT$$
Este dice, simplemente, que el promedio de la energía cinética de una partícula en un sistema es proporcional a la temperatura del sistema. Desde que el promedio de la energía cinética de una partícula, se podría obtener la cantidad total de energía cinética en el sistema multiplicando el anterior por el número de partículas (o en realidad, tres veces el número de partículas, teniendo en cuenta la particular constantes de proporcionalidad, ya que una sola partícula tiene tres grados de libertad en el espacio tridimensional). La temperatura, a continuación, que realmente es análoga a la densidad: la densidad es la masa por unidad de volumen, y la temperatura es la energía cinética de cada partícula.
Así, en un sentido muy real, no es ninguna imagen microscópica del fenómeno que describe. En su lugar, hay regiones en un bolsillo de gas en el que la velocidad promedio de las moléculas es mayor o menor, correspondiente a las regiones de mayor o menor temperatura. En las regiones en las que la velocidad promedio de las moléculas es mayor, el gas tiende a empujar en contra de su entorno, cada vez menos densa si se le permite. En las regiones en las que la velocidad promedio de las moléculas es menor, el gas tiende a comprimir, cada vez más densa.
A partir de ahí, el fenómeno se explica fácilmente por el concepto básico de la flotabilidad. En una densa región de gases menos densos bolsillo de gas será desplazado por el gas denso, que en sí es empujado hacia abajo por la gravedad; por lo tanto el aire caliente sube.
