Алберт Айнщайн е запомнен с теорията на относителността и уравнението, което приравнява масата и енергията, но нито едно от постиженията не му носи Нобелова награда. Той получи тази чест за теоретичната си работа по квантова физика. Развивайки идеи, изказани от германския физик Макс Планк, Айнщайн предлага светлината да се състои от дискретни частици. Той прогнозира, че светещата светлина върху проводяща метална повърхност ще създаде електрически ток и това предсказание е доказано в лабораторията.
Двойната природа на светлината
Сър Исак Нютон, описвайки поведението на светлината, дифрагирана от призма, предполага, че светлината е съставена от частици. Той смята, че дифракцията е причинена, защото частиците се забавят, когато пътуват през плътна среда. По-късно физиците са склонни към виждането, че светлината е вълна. Една от причините за това беше, че светещата светлина през два процепа едновременно създава интерференционен модел, който е възможен само при вълни. Когато Джеймс Клерк Максуел публикува своята теория за електромагнетизма през 1873 г., той основава уравненията на вълнообразната природа на електричеството, магнетизма и светлината - свързано явление.
Ултравиолетовата катастрофа
Елегантността на уравненията на Максуел е силно доказателство за вълновата теория на пропускането на светлината, но Макс Планк е вдъхновен да опровергае тази теория, за да обясни поведението, наблюдавано при нагряване на „черна кутия“, което е такова, от което никаква светлина не може бягство. Според разбиранията за динамиката на вълните кутията трябва да излъчва безкрайно количество ултравиолетово лъчение при нагряване. Вместо това излъчваше в дискретни честоти - нито една от тях не е безкрайна. През 1900 г. Планк прокарва идеята, че инцидентната енергия се „квантува“ в дискретни пакети, за да обясни това явление, известно като ултравиолетова катастрофа.
Фотоелектричният ефект
Алберт Айнщайн приема идеите на Планк присърце и през 1905 г. той публикува статия, озаглавена „За една евристична гледна точка относно Производство и трансформация на светлината ", в която той ги използва, за да обясни фотоелектричния ефект, наблюдаван за пръв път от Хайнрих Херц през 1887. Според Айнщайн светлината, падаща върху метална повърхност, създава електрически ток, защото леките частици избиват електроните от атомите, които съставят метала. Енергията на тока трябва да варира според честотата - или цвета - на падащата светлина, а не според интензивността на светлината. Тази идея беше революционна в научна общност, в която уравненията на Максуел бяха добре установени.
Теорията на Айнщайн е проверена
Американският физик Робърт Миликан първоначално не беше убеден в теориите на Айнщайн и той измисли внимателни експерименти, за да ги тества. Той постави метална плоча вътре в евакуирана стъклена крушка, осветяваше светлина с различни честоти върху плочата и записваше получените токове. Въпреки че Миликан беше скептичен, наблюденията му се съгласиха с предсказанията на Айнщайн. Айнщайн получава Нобелова награда през 1921 г., а Миликан я получава през 1923 г. Нито Айнщайн, Планк, нито Миликан наричат частиците „фотони“. Този термин не влиза в употреба, докато не е измислен от физика от Бъркли Гилбърт Луис през 1929 г.