Una definición útil de temperatura es que es la energía cinética promedio por grado de libertad. (“Grado de libertad” significa todas las diversas formas en que algo puede moverse; un solo átomo tiene tres grados de libertad, ya que puede moverse en tres direcciones posibles, mientras que una molécula diatómica también puede rotar y estirarse, lo que significa grados adicionales de libertad).
El espacio verdaderamente vacío tiene cero energía cinética y cero grados de libertad, por lo que su temperatura sería 0/0, es decir, indefinida.
Una vez dicho esto…
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Primero, el espacio no está realmente vacío. Hay protones perdidos, electrones, átomos de hidrógeno, incluso algunas moléculas más complejas, partículas de polvo. No muchos, sin duda, pero están ahí. Por lo tanto, puede tener sentido definir una temperatura para el interplanetario / inerstellar / etc. medio. No es muy significativo, ten en cuenta; este medio es tan diluido, su capacidad calorífica es prácticamente inexistente.
Segundo … incluso si está en un espacio verdaderamente vacío, puede intercambiar calor con objetos distantes a través de la radiación. Supongamos que dejamos un objeto en algún lugar en el espacio profundo, profundo, profundo, en el medio de uno de los vacíos intergalácticos más grandes, donde estás tan lejos de la galaxia más cercana, que no ves nada a simple vista. Entonces el objeto ahora está flotando en lo que es, para todos los propósitos prácticos, espacio vacío. Se irradia calor y se enfría hasta que se acerca a unos 2,7 grados Kelvin. A esa temperatura, la cantidad de energía que recibe de la radiación de fondo de microondas (que en sí misma es un tipo de radiación térmica) y la cantidad de energía que irradia son iguales, por lo que el objeto ya no se enfría. Ahora está en equilibrio térmico con el cielo vacío, por así decirlo. Entonces, en este sentido, se podría decir que la “temperatura del espacio” es de 2.7 K.
Para ser claros, esta no es una constante fundamental de la naturaleza. Hace miles de millones de años, esta temperatura era mucho más alta; dentro de miles de millones de años, será significativamente más pequeño a medida que el universo se expanda y, en cierto sentido, se enfríe.