الفيزيائي الشهير الذي اكتشف الفوتونات

يُذكر ألبرت أينشتاين بسبب نظرية النسبية والمعادلة التي تعادل الكتلة والطاقة ، لكن لم يفز أي منهما بجائزة نوبل. حصل على هذا الشرف لعمله النظري في فيزياء الكم. في تطوير الأفكار التي قدمها الفيزيائي الألماني ماكس بلانك ، اقترح أينشتاين أن الضوء يتكون من جسيمات منفصلة. وتوقع أن تسليط الضوء على سطح معدني موصل سيخلق تيارًا كهربائيًا ، وقد تم إثبات هذا التوقع في المختبر.

اقترح السير إسحاق نيوتن ، في وصفه لسلوك الضوء المنعرج بواسطة المنشور ، أن الضوء يتكون من جسيمات. كان يعتقد أن الانعراج ناتج عن تباطؤ الجسيمات عند السفر عبر الوسائط الكثيفة. مال الفيزيائيون اللاحقون إلى وجهة النظر القائلة بأن الضوء كان موجة. أحد أسباب ذلك هو أن تسليط الضوء من خلال شقين في وقت واحد ينتج نمط تداخل ، وهو أمر ممكن فقط مع الموجات. عندما نشر جيمس كلارك ماكسويل نظريته عن الكهرومغناطيسية في عام 1873 ، بنى المعادلات على الطبيعة الشبيهة بالموجات للكهرباء والمغناطيسية والضوء - وهي ظاهرة مرتبطة.

تعد أناقة معادلات ماكسويل دليلاً قوياً على نظرية الموجة لانتقال الضوء ، لكن ماكس بلانك كان مصدر إلهام لدحض تلك النظرية لشرح السلوك الذي لوحظ عند تسخين "الصندوق الأسود" ، وهو صندوق لا يمكن للضوء أن ينطلق منه يهرب. وفقًا لفهم ديناميكيات الموجة ، يجب أن يشع الصندوق كمية غير محدودة من الأشعة فوق البنفسجية عند تسخينه. بدلاً من ذلك ، كان يشع بترددات منفصلة - لا أحد منها غير محدود. في عام 1900 ، قدم بلانك فكرة أن الطاقة الواقعة "تم تحديدها" في حزم منفصلة لشرح هذه الظاهرة ، والتي عُرفت باسم كارثة الأشعة فوق البنفسجية.

أخذ ألبرت أينشتاين أفكار بلانك على محمل الجد ، وفي عام 1905 ، نشر ورقة بعنوان "في وجهة نظر إرشادية بشأن إنتاج وتحويل الضوء ، "حيث استخدمهم لشرح التأثير الكهروضوئي ، الذي لاحظه لأول مرة هاينريش هيرتز في 1887. وفقًا لأينشتاين ، فإن الضوء الساقط على سطح معدني يخلق تيارًا كهربائيًا لأن جزيئات الضوء تطرد الإلكترونات من الذرات التي يتكون منها المعدن. يجب أن تختلف طاقة التيار وفقًا لتردد - أو لون - الضوء الساقط ، وليس وفقًا لشدة الضوء. كانت هذه الفكرة ثورية في المجتمع العلمي حيث كانت معادلات ماكسويل راسخة.

لم يكن الفيزيائي الأمريكي روبرت ميليكان مقتنعًا بنظريات أينشتاين في البداية ، وابتكر تجارب دقيقة لاختبارها. وضع صفيحة معدنية داخل لمبة زجاجية مفرغة ، وألقى ضوءًا بترددات مختلفة على اللوحة وسجل التيارات الناتجة. على الرغم من أن ميليكان كان متشككًا ، إلا أن ملاحظاته تتفق مع توقعات أينشتاين. حصل أينشتاين على جائزة نوبل عام 1921 ، وحصل عليها ميليكان عام 1923. لم يطلق آينشتاين أو بلانك أو ميليكان على الجسيمات اسم "فوتونات". لم يتم استخدام هذا المصطلح حتى صاغه عالم الفيزياء في بيركلي جيلبرت لويس في عام 1929.