Albert Einstein blir husket for relativitetsteori og ligningen som tilsvarer masse og energi, men ingen prestasjoner ga ham Nobelprisen. Han mottok den æren for sitt teoretiske arbeid i kvantefysikk. Einstein foreslo at ideen ble utviklet av den tyske fysikeren Max Planck, og foreslo at lyset var sammensatt av diskrete partikler. Han spådde at skinnende lys på en ledende metalloverflate ville skape en elektrisk strøm, og denne spådommen ble bevist i laboratoriet.
Den doble lysets natur
Sir Isaac Newton, som beskrev oppførselen til lys diffraktert av et prisme, foreslo at lyset var sammensatt av partikler. Han trodde at diffraksjon ble forårsaket fordi partiklene bremset ned når de beveger seg gjennom tette medier. Senere hadde fysikere en tendens mot synspunktet om at lys var en bølge. En grunn til dette var at lysende lys gjennom to spalter samtidig gir et interferensmønster, som bare er mulig med bølger. Da James Clerk Maxwell publiserte teorien om elektromagnetisme i 1873, baserte han ligningene på den bølgelignende naturen til elektrisitet, magnetisme og lys - et relatert fenomen.
Den ultrafiolette katastrofen
Elegansen til Maxwells ligninger er sterke bevis for bølgeteorien om lystransmisjon, men Max Planck ble inspirert å tilbakevise denne teorien for å forklare atferden som ble observert når man varmer opp en "svart boks", som ikke noe lys kan komme fra flukt. I følge forståelsen av bølgedynamikk, bør boksen utstråle en uendelig mengde ultrafiolett stråling når den blir oppvarmet. I stedet strålte den i diskrete frekvenser - ingen av dem var uendelige. I 1900 fremmet Planck ideen om at hendelsesenergien ble "kvantisert" i diskrete pakker for å forklare dette fenomenet, som var kjent som den ultrafiolette katastrofen.
Den fotoelektriske effekten
Albert Einstein tok Plancks ideer til seg, og i 1905 publiserte han en artikkel med tittelen "On a Heuristic Viewpoint Concerning the Produksjon og transformasjon av lys, "der han brukte dem til å forklare den fotoelektriske effekten, først observert av Heinrich Hertz i 1887. I følge Einstein skaper lys som innfaller på en metalloverflate en elektrisk strøm fordi lyspartikler banker elektroner ut av atomene som komponerer metallet. Strømmenergien skal variere i henhold til frekvensen - eller fargen - på det innfallende lyset, ikke i henhold til lysets intensitet. Denne ideen var revolusjonerende i et vitenskapelig samfunn der Maxwells ligninger var godt etablert.
Einsteins teori bekreftet
Den amerikanske fysikeren Robert Millikan var først ikke overbevist om Einsteins teorier, og han utviklet nøye eksperimenter for å teste dem. Han plasserte en metallplate inne i en evakuert glasspære, skinte lys av forskjellige frekvenser på platen og registrerte de resulterende strømmer. Selv om Millikan hadde vært skeptisk, stemte observasjonene hans med Einsteins spådommer. Einstein mottok Nobelprisen i 1921 og Millikan mottok den i 1923. Verken Einstein, Planck eller Millikan kalte partiklene "fotoner". Det begrepet kom ikke i bruk før det ble laget av Berkeley-fysikeren Gilbert Lewis i 1929.
