Albert Einsteinre emlékeznek a relativitáselméletről és az egyenletről, amely egyenlő a tömeggel és az energiával, de egyik teljesítmény sem nyerte el Nobel-díjat. Ezt a megtiszteltetést a kvantumfizika elméleti munkájáért kapta. Max Planck német fizikus által előterjesztett ötletek kidolgozása során Einstein azt javasolta, hogy a fény különálló részecskékből álljon. Azt jósolta, hogy egy vezető fémfelület fényének megvilágítása elektromos áramot eredményez, és ezt az előrejelzést a laboratórium bizonyította.
A fény kettős természete
Sir Isaac Newton, a prizma által eltört fény viselkedését ismertetve, azt javasolta, hogy a fény részecskékből álljon. Úgy gondolta, hogy a diffrakció oka, hogy a részecskék lelassultak, amikor sűrű közegben haladtak. A későbbi fizikusok inkább arra a nézetre törekedtek, hogy a fény hullám. Ennek egyik oka az volt, hogy a fény ragyogása két résen keresztül egyszerre interferencia mintát eredményez, amely csak hullámokkal lehetséges. Amikor James Clerk Maxwell 1873-ban közzétette az elektromágnesesség elméletét, az egyenleteket az elektromosság, a mágnesesség és a fény hullámszerű természetére alapozta - ez egy kapcsolódó jelenség.
Az ultraibolya katasztrófa
Maxwell egyenleteinek eleganciája erős bizonyíték a fényáteresztés hullámelméletére, de Max Planck ihlette megcáfolni ezt az elméletet a "fekete doboz" melegítésénél megfigyelt viselkedés magyarázatára, amelyből egyetlen fény sem képes menekülni. A hullámdinamika megértése szerint a doboznak végtelen mennyiségű ultraibolya sugárzást kell sugároznia melegítéskor. Ehelyett diszkrét frekvenciákban sugárzott - egyik sem végtelen. 1900-ban Planck kifejlesztette azt az elképzelést, hogy a beeső energiát különálló csomagokban "kvantálták" ennek a jelenségnek az ismertetésére, amelyet ultraibolya katasztrófának neveztek.
A fotoelektromos effektus
Albert Einstein a szívére vette Planck ötleteit, és 1905-ben publikált egy cikket "A heurisztikus nézőpontról a A fény előállítása és átalakítása ", amelyben felhasználta őket a fotoelektromos hatás magyarázatára, amelyet először Heinrich Hertz 1887. Einstein szerint a fémfelületre eső fény elektromos áramot hoz létre, mert a fényrészecskék elektronokat ütnek ki a fémet alkotó atomokból. Az áram energiájának a beeső fény frekvenciájától vagy színétől függően kell változnia, nem a fény intenzitásától függően. Ez az ötlet forradalmi volt egy olyan tudományos közösségben, amelyben Maxwell egyenletei jól megalapozottak voltak.
Einstein elmélete igazolt
Robert Millikan amerikai fizikus eleinte nem volt meggyőződve Einstein elméleteiről, és gondos kísérleteket dolgozott ki ezek tesztelésére. Fémlemezt helyezett el egy ürített üveggömb belsejébe, különféle frekvenciájú fényeket világított meg a lemezen, és rögzítette a keletkező áramokat. Bár Millikan szkeptikus volt, megfigyelései egyetértettek Einstein jóslataival. Einstein 1921-ben megkapta a Nobel-díjat, Millikan pedig 1923-ban. Sem Einstein, sem Planck, sem Millikan nem nevezte a részecskéket "fotonoknak". Ez a kifejezés csak akkor került használatba, amikor Gilbert Lewis, Berkeley fizikusa találta ki 1929-ben.