Solución:
Es casi seguro que el libro se esté refiriendo a la catástrofe ultravioleta.
La física clásica predice que la densidad de energía espectral $ u ( nu, T) $ de un cuerpo negro en equilibrio térmico sigue la ley de Rayleigh-Jeans:
$$ u ( nu, T) propto nu ^ 2 T $$
donde $ nu $ es la frecuencia y $ T $ es la temperatura.
Esto es claramente un problema, ya que $ u $ diverge como $ nu a infty $ (1). El problema se resolvió cuando Max Planck planteó la hipótesis de que la luz se puede emitir o absorber solo en “paquetes” discretos, llamados cuantos.
La dependencia de frecuencia correcta viene dada por la ley de Planck:
$$ u ( nu, T) propto frac { nu ^ 3} { exp left ( frac {h nu} {k T} right) -1} $$
Puede verificar que la aproximación de baja frecuencia ($ nu a 0 $) de la ley de Planck es la ley de Rayleigh-Jeans.
(1) Para ser más específico: si considera la radiación electromagnética en una cavidad cúbica de borde $ L $, verá que todas las frecuencias en la forma
$$ nu = frac {c} {2 L} sqrt {(n_x ^ 2 + n_y ^ 2 + n_z ^ 2)} $$
con $ n_x, n_y, n_z $ enteros, están permitidos.
Esto básicamente significa que podemos considerar frecuencias tan altas como queramos, lo cual es un problema, ya que hemos visto que cuando la frecuencia llega al infinito la densidad de energía diverge. Entonces, si usáramos la ley de Rayleigh-Jeans, terminaríamos por concluir que una caja cúbica que contiene radiación electromagnética tiene energía “infinita”.
Tal vez sea a esto a lo que se refiere su libro cuando dice que “toda la energía del universo se convertiría en ondas de alta frecuencia“(incluso si, si se trata de una cita literal, la redacción es bastante pobre).
Creo que el autor se refiere a la catástrofe de los rayos ultravioleta, un problema histórico de la física que llevó por primera vez a los físicos a descubrir que la energía electromagnética estaba cuantificada.
El problema básicamente es el siguiente: para un sistema que está en equilibrio térmico, cada objeto irradia y absorbe energía. Dado que está en equilibrio, la energía radiativa emitida por cualquier objeto del sistema es igual a la energía absorbida por el resto de los objetos. Y la temperatura de todos los objetos es igual.
Al tratar de calcular la distribución de esta energía radiativa entre el espectro EM, los físicos encontraron que, teóricamente, la proporción de energía contenida por la radiación de frecuencia $ nu $ debería ser proporcional a $ nu ^ 2 $! (ver la ley de Rayleigh-Jeans). Esto significaba que a medida que pasaba a frecuencias más altas, la energía contenida en ellas seguiría aumentando sin límite, por lo que no solo prácticamente toda la energía estaría contenida en frecuencias más altas, sino que también cualquier sistema en equilibrio tendría energía infinita. Obviamente, esto no es lo que observamos en la vida real, por lo que algo andaba mal.
Solo cuando asumieron que la energía se cuantificó, obtuvieron una ley de distribución que no solo tenía sentido, sino que también se ajustaba maravillosamente a los datos experimentales (consulte la ley de Planck).
Creo que esto explica el contexto de la afirmación que el autor estaba haciendo pero respondiendo por qué ¿La energía tiene que cuantificarse en realidad es una pregunta profunda y bastante filosófica a la que nadie sabe realmente la respuesta?
Sin cuantos, un electrón atraído por el núcleo de un átomo se aceleraría mientras orbita a su alrededor. Por acelerado, no me refiero al significado común de acelerar, sino que cambia la dirección de su velocidad. Ahora bien, el electromagnetismo clásico nos dice que una carga acelerada emite ondas electromagnéticas. Así es como una antena produce ondas de radio, por ejemplo, al acelerar los electrones dentro de la antena (en ese caso, acelerándolos y ralentizándolos a su vez).
Pero entonces la energía irradiada como ondas electromagnéticas implica que el electrón pierde energía para conservar la energía total, por lo que básicamente la imagen clásica (es decir, sin cuantos) predice que un átomo no puede ser estable. Entonces, en esa imagen, toda la materia colapsaría casi instantáneamente, dejando solo un baño de ondas electromagnéticas.
Esa es una posible respuesta a su pregunta. Ver también mis compañeros suponen que podría referirse al problema del cuerpo negro.