Den berömda fysikern som upptäckte foton

Albert Einstein kommer ihåg för relativitetsteorin och ekvationen som motsvarar massa och energi, men ingen av prestationerna vann honom Nobelpriset. Han fick den äran för sitt teoretiska arbete inom kvantfysik. Einstein utvecklade idéer som utvecklats av den tyska fysikern Max Planck och föreslog att ljus skulle bestå av diskreta partiklar. Han förutspådde att lysande ljus på en ledande metallyta skulle skapa en elektrisk ström, och denna förutsägelse bevisades i laboratoriet.

Sir Isaac Newton, som beskrev beteendet hos ljus som är diffrakterat av ett prisma, föreslog att ljus skulle bestå av partiklar. Han trodde att diffraktion orsakades eftersom partiklarna saktade ner när de färdades genom tätt medium. Senare tenderade fysiker mot uppfattningen att ljus var en våg. En anledning till detta var att lysande ljus genom två slitsar samtidigt ger ett störningsmönster, vilket bara är möjligt med vågor. När James Clerk Maxwell publicerade sin teori om elektromagnetism 1873 baserade han ekvationerna på den vågliknande naturen hos elektricitet, magnetism och ljus - ett relaterat fenomen.

Elegansen i Maxwells ekvationer är ett starkt bevis för vågteorin om ljustransmission, men Max Planck inspirerades att motbevisa den teorin för att förklara det beteende som observerats vid uppvärmning av en "svart låda", som är något från vilket inget ljus kan fly. Enligt vågdynamikens förståelse bör lådan utstråla en oändlig mängd ultraviolett strålning vid uppvärmning. Istället strålade det i diskreta frekvenser - ingen av dem oändlig. År 1900 utvecklade Planck tanken att händelsenergin "kvantiserades" i diskreta paket för att förklara detta fenomen, som var känt som den ultravioletta katastrofen.

Albert Einstein tog Plancks idéer till hjärtat och 1905 publicerade han en uppsats med titeln "On a Heuristic Viewpoint Concerning the the Produktion och transformation av ljus, "där han använde dem för att förklara den fotoelektriska effekten, först observerad av Heinrich Hertz i 1887. Enligt Einstein skapar ljus som inträffar på en metallyta en elektrisk ström eftersom ljuspartiklar slår elektroner ur atomerna som bildar metallen. Strömens energi bör variera beroende på frekvensen - eller färgen - hos det infallande ljuset, inte beroende på ljusets intensitet. Denna idé var revolutionerande i ett vetenskapligt samhälle där Maxwells ekvationer var väl etablerade.

Den amerikanska fysikern Robert Millikan var först inte övertygad om Einsteins teorier, och han tog fram noggranna experiment för att testa dem. Han placerade en metallplatta inuti en evakuerad glödlampa, skenade ljus av olika frekvenser på plattan och registrerade de resulterande strömmarna. Även om Millikan hade varit skeptisk överensstämde hans observationer Einsteins förutsägelser. Einstein fick Nobelpriset 1921 och Millikan fick det 1923. Varken Einstein, Planck eller Millikan kallade partiklarna "fotoner". Den termen användes inte förrän den myntades av Berkeleys fysiker Gilbert Lewis 1929.