Poznati fizičar koji je otkrio fotone

Albert Einstein zapamćen je po teoriji relativnosti i jednadžbi koja izjednačava masu i energiju, ali niti jedno postignuće nije mu donijelo Nobelovu nagradu. Tu je čast dobio za svoj teorijski rad iz kvantne fizike. Razvijajući ideje koje je iznio njemački fizičar Max Planck, Einstein je predložio da se svjetlost sastoji od diskretnih čestica. Predvidio je da će sjaj svjetlosti na provodnoj metalnoj površini stvoriti električnu struju, a to je predviđanje dokazano u laboratoriju.

Sir Isaac Newton, opisujući ponašanje svjetlosti ometane prizmom, predložio je da se svjetlost sastoji od čestica. Smatrao je da je difrakcija uzrokovana jer su se čestice usporile tijekom putovanja kroz gusti medij. Kasniji fizičari skloni su stavu da je svjetlost val. Jedan od razloga za to bio je taj što svjetlost kroz dva proreza odjednom stvara uzorak smetnji, što je moguće samo s valovima. Kada je James Clerk Maxwell 1873. objavio svoju teoriju elektromagnetizma, temeljio je jednadžbe na valovitoj prirodi elektriciteta, magnetizma i svjetlosti - srodnog fenomena.

Elegancija Maxwellovih jednadžbi snažan je dokaz za valnu teoriju prijenosa svjetlosti, ali Max Planck je nadahnut pobiti tu teoriju kako bi objasnio ponašanje primijećeno prilikom zagrijavanja "crne kutije", od koje ne može svjetlo pobjeći. Prema shvaćanjima valne dinamike, kutija bi trebala zagrijavati beskonačnu količinu ultraljubičastog zračenja. Umjesto toga, zračio je diskretnim frekvencijama - nijedna od njih nije beskonačna. 1900. Planck je iznio ideju da se incidentna energija "kvantizira" u diskretnim paketima kako bi objasnila ovaj fenomen, poznat kao ultraljubičasta katastrofa.

Albert Einstein uzeo je Planckove ideje k srcu i 1905. objavio je rad pod naslovom "O heurističkom stajalištu u vezi s Proizvodnja i transformacija svjetlosti ", u kojoj im je objasnio fotoelektrični efekt, koji je prvi primijetio Heinrich Hertz u 1887. Prema Einsteinu, svjetlost koja pada na metalnu površinu stvara električnu struju jer čestice svjetlosti izbijaju elektrone iz atoma koji čine metal. Energija struje trebala bi se razlikovati ovisno o frekvenciji - ili boji - upadne svjetlosti, a ne o intenzitetu svjetlosti. Ova je ideja bila revolucionarna u znanstvenoj zajednici u kojoj su Maxwellove jednadžbe bile dobro utemeljene.

Američki fizičar Robert Millikan isprva nije bio uvjeren u Einsteinove teorije i smislio je pažljive eksperimente kako bi ih testirao. Stavio je metalnu pločicu unutar evakuirane staklene žarulje, osvijetlio je svjetlost različitih frekvencija na ploču i zabilježio rezultirajuće struje. Iako je Millikan bio skeptičan, njegova su se opažanja slagala s Einsteinovim predviđanjima. Einstein je dobio Nobelovu nagradu 1921., a Millikan 1923. godine. Ni Einstein, Planck ni Millikan nisu čestice zvali "fotoni". Taj se izraz nije počeo upotrebljavati sve dok ga 1929. nije skovao fizičar s Berkeleyja Gilbert Lewis.