En teoría, la temperatura baja no sólo tiene un límite inferior: el cero absoluto, sino que la temperatura alta también tiene un límite superior: la temperatura de Planck. Respecto al límite de temperatura, debemos entender cuál es el concepto de temperatura.
Desde una perspectiva macro, la temperatura refleja el grado de calor o frío. Pero a nivel micro, la razón fundamental por la que los objetos tienen fenómenos de frío y calor es el movimiento térmico de las partículas microscópicas. Por tanto, la temperatura en realidad mide la intensidad del movimiento térmico. El movimiento térmico de las partículas incluye traslación, rotación y vibración, por lo que la energía cinética total de las partículas también se compone de energía cinética de traslación, energía cinética de rotación y energía cinética de vibración. Tomando como ejemplo las moléculas de gas, si la libertad de traslación, la libertad de rotación y la libertad de vibración de una determinada molécula de gas son t, r y s respectivamente, entonces la energía cinética total promedio es:
donde k es el vidrio de Ertzmann constante, T es la temperatura.
Se puede observar que la energía cinética total promedio está relacionada positivamente con la temperatura. Entonces, los límites superior e inferior de la energía cinética total promedio también determinan los límites superior e inferior de la temperatura.
Si todo movimiento térmico se detiene por completo, el objeto no generará calor, por lo que la temperatura descenderá hasta el cero absoluto más bajo, que es aproximadamente -273,15 ℃. Pero la mecánica cuántica prohíbe que las partículas sean absolutamente estacionarias, por lo que la temperatura no puede descender al cero absoluto. Las bajas temperaturas alcanzadas por el hombre en el laboratorio se acercan cada vez más al cero absoluto. La temperatura más baja actual es 10 milmillonésimas de grado superior al cero absoluto.
Por otro lado, si la energía cinética total media sigue aumentando, la temperatura también aumentará. Según la teoría especial de la relatividad, la energía cinética se vuelve infinita a medida que la velocidad se acerca a la velocidad de la luz. Entonces, ¿significa esto que la temperatura puede ser infinitamente alta?
Como se mencionó anteriormente, la temperatura tiene un límite superior y no aumentará infinitamente. Porque cuando el movimiento térmico de una partícula alcanza un cierto nivel, su radio de Schwarzschild será mayor que la longitud de Planck, lo que hará que colapse en un agujero negro y entrará en una singularidad infinitesimal. Por lo tanto, las teorías físicas actuales sólo pueden explicar hasta la temperatura de Planck. Para explorar temperaturas superiores a la temperatura de Planck se requiere una teoría de la gravedad cuántica, que actualmente no está disponible.
La temperatura de Planck calculada teóricamente es de aproximadamente 1,4168×10^32 K, que supera los 140.000.000.000.000 grados (44 segundos) antes de alcanzar este límite de temperatura superior.