Il n’y a pas de valeur convenue, parmi les physiciens, pour une température maximale possible. Selon la meilleure estimation actuelle d’une théorie complète de la physique, il s’agit de la température de Planck, ou 1.41679 x 1032 Kelvins. Cela se traduit par environ 2.538 x 1032 ° Fahrenheit. Cependant, étant donné que les théories actuelles de la physique sont incomplètes, il est possible qu’il fasse plus chaud.
La réponse qu’un physicien typique donnera à cette question dépendra de son opinion implicite de l’exhaustivité de l’ensemble actuel des théories physiques. La température est fonction du mouvement des particules, donc si rien ne peut se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière, alors le maximum peut être défini comme un gaz dont les constituants atomiques se déplacent chacun à la vitesse de la lumière. Le problème est qu’atteindre la vitesse de la lumière dans cet univers est impossible ; la vitesse de la lumière est une grandeur qui ne peut être approchée que de manière asymptotique. Plus une particule est chargée d’énergie, plus elle se rapproche de la vitesse de la lumière, même si elle ne l’atteint jamais complètement.
Au moins un scientifique a proposé de définir la température maximale possible comme ce que quelqu’un obtiendrait si elle prenait toute l’énergie de l’univers et la mettait dans l’accélération de la particule la plus légère possible qu’elle pourrait trouver aussi près que possible de la vitesse de la lumière. Si cela est vrai, alors les découvertes sur les particules élémentaires et la taille/densité de l’univers pourraient être pertinentes pour découvrir la bonne réponse à la question. Si l’univers est infini, il peut n’y avoir aucune limite formellement définie.
Même si une température infinie peut être possible, elle peut être impossible à observer, ce qui la rend non pertinente. Selon la théorie de la relativité d’Einstein, un objet accéléré près de la vitesse de la lumière gagne une masse énorme. C’est pourquoi aucune quantité d’énergie ne peut suffire à accélérer un objet, même une particule élémentaire, à la vitesse de la lumière – il devient infiniment massif à la limite. Si une particule est accélérée à une certaine vitesse proche de celle de la lumière, elle gagne suffisamment de masse pour s’effondrer dans un trou noir, ce qui empêche les observateurs de faire des déclarations sur sa vitesse.
La température de Planck est atteinte dans cet univers dans au moins deux conditions distinctes, selon certaines théories. Le premier s’est produit une seule fois, 1 temps Planck (10-43 secondes) après le Big Bang. À cette époque, l’univers existait dans un état presque parfaitement ordonné, avec une entropie proche de zéro. Il s’agissait peut-être même d’une singularité, d’un objet physique qui ne peut être décrit que par trois quantités : la masse, le moment cinétique et la charge électrique. La deuxième loi de la thermodynamique, cependant, insiste sur le fait que l’entropie (désordre) d’un système fermé doit toujours augmenter. Cela signifie que l’univers primitif n’avait qu’une seule direction à suivre – celle d’une entropie plus élevée – et a subi une panne quasi-instantanée.
Le deuxième ensemble de conditions capables de produire la température de Planck sont celles qui se produisent aux derniers instants de la vie d’un trou noir. Les trous noirs s’évaporent lentement en raison de l’effet tunnel quantique de la matière adjacente à la surface du trou noir. Cet effet est si faible qu’un trou noir typique mettrait 1060 ans à irradier toute sa masse, mais les trous noirs plus petits, comme ceux avec la masse d’une petite montagne, peuvent ne mettre que 1010 ans à s’évaporer. Au fur et à mesure qu’un trou noir perd de la masse et de la surface, il commence à émettre de l’énergie plus rapidement, se réchauffant ainsi, et au dernier instant de son existence, irradie l’énergie si rapidement qu’il atteint momentanément la température de Planck.