Albert Einstein é lembrado pela teoria da relatividade e pela equação que iguala massa e energia, mas nenhuma das realizações lhe valeu o Prêmio Nobel. Ele recebeu essa homenagem por seu trabalho teórico em física quântica. Desenvolvendo ideias avançadas pelo físico alemão Max Planck, Einstein propôs que a luz era composta de partículas discretas. Ele previu que a luz brilhante em uma superfície de metal condutora criaria uma corrente elétrica, e essa previsão foi comprovada em laboratório.
A dupla natureza da luz
Sir Isaac Newton, descrevendo o comportamento da luz difratada por um prisma, propôs que a luz era composta de partículas. Ele achava que a difração era causada porque as partículas diminuíam ao viajar através de meios densos. Os físicos posteriores tenderam a acreditar que a luz era uma onda. Uma razão para isso é que a luz brilhante através de duas fendas ao mesmo tempo produz um padrão de interferência, que só é possível com ondas. Quando James Clerk Maxwell publicou sua teoria do eletromagnetismo em 1873, ele baseou as equações na natureza ondulatória da eletricidade, magnetismo e luz - um fenômeno relacionado.
A catástrofe ultravioleta
A elegância das equações de Maxwell é uma forte evidência da teoria das ondas de transmissão de luz, mas Max Planck se inspirou refutar essa teoria para explicar o comportamento observado ao aquecer uma "caixa preta", a partir da qual nenhuma luz pode escapar. De acordo com os entendimentos da dinâmica das ondas, a caixa deve irradiar uma quantidade infinita de radiação ultravioleta quando aquecida. Em vez disso, irradiava em frequências discretas - nenhuma delas infinita. Em 1900, Planck avançou com a ideia de que a energia incidente era "quantizada" em pacotes discretos para explicar esse fenômeno, que ficou conhecido como a catástrofe ultravioleta.
O efeito fotoelétrico
Albert Einstein levou a sério as idéias de Planck e, em 1905, publicou um artigo intitulado "Sobre um ponto de vista heurístico sobre o Production and Transformation of Light ", em que ele os usou para explicar o efeito fotoelétrico, observado pela primeira vez por Heinrich Hertz em 1887. De acordo com Einstein, a luz incidente na superfície do metal cria uma corrente elétrica porque as partículas de luz expulsam os elétrons dos átomos que compõem o metal. A energia da corrente deve variar de acordo com a freqüência - ou cor - da luz incidente, não de acordo com a intensidade da luz. Essa ideia foi revolucionária em uma comunidade científica na qual as equações de Maxwell estavam bem estabelecidas.
Teoria de Einstein verificada
O físico americano Robert Millikan não se convenceu das teorias de Einstein a princípio e planejou experimentos cuidadosos para testá-las. Ele colocou uma placa de metal dentro de uma lâmpada de vidro evacuada, iluminou a placa com várias frequências e registrou as correntes resultantes. Embora Millikan tenha sido cético, suas observações concordaram com as previsões de Einstein. Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1921 e Millikan em 1923. Nem Einstein, Planck ou Millikan chamaram as partículas de "fótons". Esse termo não entrou em uso até que foi cunhado pelo físico de Berkeley Gilbert Lewis em 1929.