Slávny fyzik, ktorý objavil fotóny

Alberta Einsteina si pamätajú teória relativity a rovnica, ktorá sa rovná hmote a energii, ale ani jeden úspech mu nezískal Nobelovu cenu. Tejto pocty sa mu dostalo za teoretickú prácu v kvantovej fyzike. Pri vývoji myšlienok, ktoré rozvinul nemecký fyzik Max Planck, Einstein navrhol, aby sa svetlo skladalo z diskrétnych častíc. Predpovedal, že svietiace svetlo na vodivom kovovom povrchu vytvorí elektrický prúd, a táto predpoveď bola dokázaná v laboratóriu.

Sir Isaac Newton, ktorý popisuje správanie svetla ohnutého hranolom, navrhol, aby sa svetlo skladalo z častíc. Myslel si, že difrakcia bola spôsobená tým, že sa častice spomalili pri prechode hustým médiom. Neskôr fyzici inklinovali k názoru, že svetlo je vlna. Jedným z dôvodov bolo to, že svietenie svetla cez dve štrbiny naraz vytvára interferenčný obrazec, ktorý je možný iba pri vlnách. Keď James Clerk Maxwell v roku 1873 publikoval svoju teóriu elektromagnetizmu, založil rovnice na vlnovej povahe elektriny, magnetizmu a svetla - fenoménu s tým spojeného.

Elegancia Maxwellových rovníc je silným dôkazom vlnovej teórie prenosu svetla, inšpiroval sa však Max Planck vyvrátiť túto teóriu na vysvetlenie správania pozorovaného pri zahrievaní „čiernej skrinky“, z ktorej nemôže svetlo uniknúť. Podľa chápania vlnovej dynamiky by mala skrinka po zahriatí vyžarovať nekonečné množstvo ultrafialového žiarenia. Namiesto toho vyžarovalo na diskrétnych frekvenciách - žiadna z nich nebola nekonečná. V roku 1900 Planck rozvinul myšlienku, že dopadajúca energia bola „kvantovaná“ v samostatných balíkoch, aby vysvetlila tento jav, ktorý bol známy ako ultrafialová katastrofa.

Albert Einstein si vzal Planckove myšlienky k srdcu a v roku 1905 publikoval prácu s názvom „Z heuristického hľadiska týkajúceho sa Production and Transformation of Light, “v ktorej pomocou nich vysvetlil fotoelektrický jav, ktorý prvýkrát pozoroval Heinrich Hertz v r. 1887. Podľa Einsteina svetlo dopadajúce na kovový povrch vytvára elektrický prúd, pretože ľahké častice vyrážajú elektróny z atómov, z ktorých sa skladá kov. Energia prúdu by sa mala meniť podľa frekvencie - alebo farby - dopadajúceho svetla, nie podľa intenzity svetla. Táto myšlienka bola revolučná vo vedeckej komunite, v ktorej boli dobre ustálené Maxwellove rovnice.

Americký fyzik Robert Millikan nebol spočiatku presvedčený o Einsteinových teóriách a na ich testovanie vymyslel starostlivé experimenty. Do evakuovanej sklenenej žiarovky umiestnil kovovú platňu, na platňu svietil svetlom rôznych frekvencií a zaznamenával výsledné prúdy. Aj keď bol Millikan skeptický, jeho pozorovania súhlasili s Einsteinovými predpoveďami. Einstein dostal Nobelovu cenu v roku 1921 a Millikan ju dostal v roku 1923. Einstein, Planck ani Millikan nenazvali častice „fotónmi“. Tento výraz sa začal používať, až keď ho v roku 1929 navrhol fyzik Berkeley Gilbert Lewis.