La temperatura se define para sistemas que están en equilibrio termodinámico, o para subsistemas que están aproximadamente en equilibrio con su entorno inmediato. No hay una temperatura bien definida para los sistemas que están lejos del equilibrio. Por ejemplo, si se mezclan un líquido caliente y un líquido frío, hay un instante antes de que el sistema se equilibre cuando no tiene temperatura. Sin embargo, el equilibrio se establece rápidamente y luego el sistema tendrá una temperatura intermedia.
Uno puede imaginar sistemas que nunca desarrollarán una temperatura, pero que no son físicamente realistas. El problema principal es que la temperatura solo existe en el “límite termodinámico”. Ver ¿Puede una sola partícula clásica tener alguna entropía?
… uno debe estar en el límite termodinámico, es decir, el número de grados de libertad debe ser mucho mayor que uno.
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Si no se cumple esta condición, la entropía no está bien definida, y si la entropía no está bien definida, tampoco la temperatura.
Un universo completamente vacío no tendría temperatura, por ejemplo. Un universo que solo contenía una partícula, o muy pocas partículas, tampoco tendría temperatura.
Estos escenarios no son físicamente realistas. En el mundo real, incluso si tuviera una caja con solo una partícula dentro, esa caja se equilibraría con su entorno, y mientras la temperatura del entorno no sea cero absoluto, el interior de la caja se convertirá poblado con un gas fotón que estará en equilibrio con la partícula de materia en su interior. El interior de la caja tendría una temperatura bien definida.
