Albert Einstein huskes for relativitetsteorien og ligningen, der svarer til masse og energi, men ingen af resultaterne vandt ham Nobelprisen. Han modtog den ære for sit teoretiske arbejde inden for kvantefysik. Einstein udviklede ideer, der blev fremført af den tyske fysiker Max Planck, og foreslog, at lys var sammensat af diskrete partikler. Han forudsagde, at skinnende lys på en ledende metaloverflade ville skabe en elektrisk strøm, og denne forudsigelse blev bevist i laboratoriet.
Den dobbelte natur af lys
Sir Isaac Newton, der beskrev lysets adfærd diffrakteret af et prisme, foreslog, at lyset var sammensat af partikler. Han troede, at diffraktion var forårsaget, fordi partiklerne blev langsommere, når de rejste gennem tætte medier. Senere vendte fysikere mod den opfattelse, at lys var en bølge. En af grundene til dette var, at skinnende lys gennem to spalter på én gang producerer et interferensmønster, som kun er muligt med bølger. Da James Clerk Maxwell offentliggjorde sin teori om elektromagnetisme i 1873, baserede han ligningerne på den bølgelignende natur af elektricitet, magnetisme og lys - et beslægtet fænomen.
Den ultraviolette katastrofe
Elegance af Maxwells ligninger er stærke beviser for bølgeteorien om lystransmission, men Max Planck blev inspireret at tilbagevise denne teori for at forklare den adfærd, der blev observeret, når man opvarmede en "sort boks", som intet lys kan komme fra flugt. I henhold til forståelsen af bølgedynamik skal kassen udstråle en uendelig mængde ultraviolet stråling, når den opvarmes. I stedet strålede den i diskrete frekvenser - ingen af dem var uendelige. I 1900 fremførte Planck ideen om, at hændelsesenergien blev "kvantiseret" i diskrete pakker for at forklare dette fænomen, der var kendt som den ultraviolette katastrofe.
Den fotoelektriske effekt
Albert Einstein tog Plancks ideer til sig, og i 1905 udgav han en artikel med titlen "On a Heuristic Viewpoint About the Produktion og transformation af lys, "hvor han brugte dem til at forklare den fotoelektriske effekt, først observeret af Heinrich Hertz i 1887. Ifølge Einstein skaber lys, der falder ind på en metaloverflade, en elektrisk strøm, fordi lyspartikler banker elektroner ud af atomerne, der komponerer metallet. Strømmenergien skal variere alt efter frekvensen - eller farven - på det indfaldende lys, ikke i henhold til lysets intensitet. Denne idé var revolutionerende i et videnskabeligt samfund, hvor Maxwells ligninger var veletablerede.
Einsteins teori bekræftet
Den amerikanske fysiker Robert Millikan var først ikke overbevist om Einsteins teorier, og han udtænkte omhyggelige eksperimenter for at teste dem. Han placerede en metalplade inde i en evakueret glaspære, skinnede lys af forskellige frekvenser på pladen og registrerede de resulterende strømme. Selvom Millikan havde været skeptisk, stemte hans observationer overens med Einsteins forudsigelser. Einstein modtog Nobelprisen i 1921 og Millikan modtog den i 1923. Hverken Einstein, Planck eller Millikan kaldte partiklerne "fotoner". Dette udtryk kom ikke i brug, før det blev opfundet af Berkeley-fysikeren Gilbert Lewis i 1929.