Gibt es eine Maximaltemperatur?

Grundsätzlich ist es kein schlechtes Konzept, Temperatur als Bewegung von Teilchen zu verstehen. In einem Festkörper ist auch die Schwingung der Atomkerne um die Ruhelage ein Maß für die Temperatur. Eigentlich bestimmt man die Temperatur aber als mittlere Energiedichte. Man kann es sich schon bei Luftmolekülen vorstellen: Haben diese mehr Bewegungsenergie, flitzen sie schneller herum und treffen häufiger auf Hindernisse (z.B. unsere Haut) - das Ergebnis: eine höhere Temperatur.

Bewegen wir uns jetzt zu höheren Temperaturen, ist es nicht mehr so einfach, von kinetischer Energie zu sprechen. Schauen wir uns den Zustand kurz nach dem Urknall an: Dort ist die Temperatur/Energiedichte so hoch, dass man keine Trennung Energie/Materie mehr ziehen kann. Erst mit der Zeit und mit der Ausdehnung kommt es überhaupt dazu, dass sich Materie bilden kann, ohne sofort wieder zu zerfallen.

10 Sekunden nach dem Urknall bilden sich Neutronen und Protonen, und somit leichte Atomkerne. Aber es können noch keine stabilen Atome entstehen - die Kernteilchen stecken in einer heißen elektromagnetischen Strahlung fest, die die Temperatur bestimmt. Erst nach 10 000 Jahren ist das Universum so abgekühlt, dass die Energiedichte der Strahlung kleiner wird, als die der Materie - und erst nach 400 000 Jahren können sich Atome bilden, da nicht mehr jedes Photon sofort wieder absorbiert wird.

Die so entkoppelte Strahlung findet man heute noch - durch die Ausdehnung des Universums sind es heute Photonen im Mikrowellenbereich, die von diesem Zeitpunkt übrig geblieben sind - die kosmische Hintergrundstrahlung. Da schließt sich der Kreis, denn die Energiedichte dieser ältesten Photonen kann man bestimmen und der Energieverteilung (dem Spektrum) eine Temperatur bestimmen - unser Universum hat eine Temperatur von 2,7 K.