Non esiste un valore concordato, tra i fisici, per una temperatura massima possibile. Secondo l’attuale migliore ipotesi di una teoria fisica completa, è la temperatura di Planck, o 1.41679 x 1032 Kelvin. Questo si traduce in circa 2.538 x 1032° Fahrenheit. Poiché le attuali teorie della fisica sono incomplete, tuttavia, è possibile che possa essere più caldo.
La risposta che un fisico tipico darà a questa domanda dipenderà dalla sua opinione implicita sulla completezza dell’attuale serie di teorie fisiche. La temperatura è una funzione del movimento delle particelle, quindi se nulla può muoversi più velocemente della velocità della luce, allora il massimo può essere definito come un gas i cui costituenti atomici si muovono ciascuno alla velocità della luce. Il problema è che raggiungere la velocità della luce in questo universo è impossibile; la velocità della luce è una grandezza che può essere avvicinata solo asintoticamente. Più energia viene immessa in una particella, più si avvicina a muoversi alla velocità della luce, sebbene non la raggiunga mai completamente.
Almeno uno scienziato ha proposto di definire la temperatura massima possibile come quella che qualcuno otterrebbe se prendesse tutta l’energia nell’universo e la mettesse nell’accelerazione della particella più leggera possibile che potesse trovare il più vicino possibile alla velocità della luce. Se questo è vero, allora le scoperte sulle particelle elementari e la dimensione/densità dell’universo potrebbero essere rilevanti per scoprire la risposta corretta alla domanda. Se l’universo è infinito, potrebbe non esserci alcun limite formalmente definito.
Anche se la temperatura infinita può essere possibile, potrebbe essere impossibile osservarla, rendendola irrilevante. Secondo la teoria della relatività di Einstein, un oggetto accelerato vicino alla velocità della luce guadagna un’enorme quantità di massa. Ecco perché nessuna quantità di energia può essere sufficiente per accelerare qualsiasi oggetto, anche una particella elementare, alla velocità della luce: al limite diventa infinitamente massiccio. Se una particella viene accelerata a una certa velocità vicina a quella della luce, guadagna massa sufficiente per collassare in un buco nero, rendendo impossibile per gli osservatori fare affermazioni sulla sua velocità.
La temperatura di Planck viene raggiunta in questo universo in almeno due condizioni separate, secondo alcune teorie. Il primo si è verificato solo una volta, 1 volta di Planck (10-43 secondi) dopo il Big Bang. A quel tempo, l’universo esisteva in uno stato quasi perfettamente ordinato, con un’entropia prossima allo zero. Potrebbe anche essere stata una singolarità, un oggetto fisico che può essere descritto solo da tre quantità: massa, momento angolare e carica elettrica. La Seconda Legge della Termodinamica, invece, insiste sul fatto che l’entropia (disordine) di un sistema chiuso deve sempre aumentare. Ciò significa che l’universo primordiale aveva solo una direzione da percorrere – quella di una maggiore entropia – e ha subito un crollo quasi istantaneo.
La seconda serie di condizioni in grado di produrre la temperatura di Planck sono quelle che si verificano nei momenti finali della vita di un buco nero. I buchi neri evaporano lentamente a causa del tunneling quantistico della materia adiacente alla superficie del buco nero. Questo effetto è così lieve che un tipico buco nero impiegherebbe 1060 anni per irradiare tutta la sua massa, ma i buchi neri più piccoli, come quelli con la massa di una piccola montagna, potrebbero impiegare solo 1010 anni per evaporare. Quando un buco nero perde massa e superficie, inizia a irradiare energia più rapidamente, riscaldandosi così, e nell’istante finale della sua esistenza, irradia energia così rapidamente da raggiungere momentaneamente la temperatura di Planck.