Albert Einstein muistetaan suhteellisuusteoriasta ja yhtälöstä, joka vertaa massaa ja energiaa, mutta kumpikaan saavutus ei voittanut häntä Nobel-palkinnolla. Hän sai tämän kunnian teoreettisesta työstään kvanttifysiikassa. Einstein ehdotti saksalaisen fyysikon Max Planckin kehittämien ideoiden kehittämistä, että valo koostuu erillisistä hiukkasista. Hän ennusti, että valon loistaminen johtavalle metallipinnalle loisi sähkövirran, ja tämä ennuste todistettiin laboratoriossa.
Valon kaksoisluonne
Sir Isaac Newton kuvaili prisman hajottaman valon käyttäytymistä ja ehdotti, että valo koostui hiukkasista. Hän ajatteli, että diffraktio johtui siitä, että hiukkaset hidastuivat kulkiessaan tiheän väliaineen läpi. Myöhemmät fyysikot pyrkivät näkemykseen siitä, että valo oli aalto. Yksi syy tähän oli se, että valon loistaminen kahden raon läpi kerralla tuottaa häiriökuvion, mikä on mahdollista vain aalloilla. Kun James Clerk Maxwell julkaisi teoriansa sähkömagnetismista vuonna 1873, hän perusti yhtälöt sähkön, magnetismin ja valon aaltomaiseen luonteeseen - siihen liittyvään ilmiöön.
Ultravioletti-katastrofi
Maxwellin yhtälöiden eleganssi on vahva todiste valonläpäisyn aaltoteoriasta, mutta Max Planck innostui kumota tämä teoria selittämään käyttäytymistä, jota havaitaan kuumentamalla "mustaa laatikkoa", josta ei ole valoa paeta. Aaltodynamiikan käsitysten mukaan laatikon tulisi säteillä ääretön määrä ultraviolettisäteilyä kuumennettaessa. Sen sijaan se säteili erillisillä taajuuksilla - yksikään niistä ei ole ääretön. Vuonna 1900 Planck esitti ajatusta, että tapahtuva energia "kvantisoitiin" erillisissä paketeissa tämän ilmiön, joka tunnettiin ultraviolettikatastrofina, selittämiseksi.
Valosähköinen vaikutus
Albert Einstein otti Planckin ideat sydämeen ja julkaisi vuonna 1905 paperin "Heuristisesta näkökulmasta Valon tuotanto ja muunnos ", jossa hän käytti niitä selittämään valosähköisen vaikutuksen, jonka Heinrich Hertz havaitsi ensin 1887. Einsteinin mukaan metallipinnalle sattuva valo luo sähkövirran, koska valohiukkaset koputtavat elektroneja metallia muodostavista atomista. Virran energian tulisi vaihdella tulevan valon taajuuden tai värin mukaan, ei valon voimakkuuden mukaan. Tämä ajatus oli vallankumouksellinen tiedeyhteisössä, jossa Maxwellin yhtälöt olivat vakiintuneet.
Einsteinin teoria vahvistettu
Amerikkalainen fyysikko Robert Millikan ei ollut aluksi vakuuttunut Einsteinin teorioista, ja hän kehitti huolellisia kokeita niiden testaamiseksi. Hän sijoitti metallilevyn tyhjennetyn lasikupun sisälle, loisti eri taajuuksien valoa levylle ja kirjasi tuloksena olevat virrat. Vaikka Millikan oli ollut skeptinen, hänen havaintonsa sopivat Einsteinin ennusteisiin. Einstein sai Nobelin palkinnon vuonna 1921 ja Millikan sai sen vuonna 1923. Einstein, Planck ja Millikan eivät kutsuneet hiukkasia "fotoneiksi". Tätä termiä ei käytetty ennen kuin Berkeleyn fyysikko Gilbert Lewis loi sen vuonna 1929.
