Знаменитий фізик, який відкрив фотони

Альберта Ейнштейна запам’ятали теорією відносності та рівнянням, яке порівнює масу та енергію, але жодне досягнення не принесло йому Нобелівської премії. Цю честь він отримав за теоретичну роботу з квантової фізики. Розвиваючи ідеї, висунуті німецьким фізиком Максом Планком, Ейнштейн припустив, що світло складається з дискретних частинок. Він передбачив, що сяюче світло на провідній металевій поверхні створить електричний струм, і це передбачення було доведено в лабораторії.

Сер Ісаак Ньютон, описуючи поведінку світла, що дифракціюється призмою, припустив, що світло складається з частинок. Він вважав, що дифракція спричинена тим, що частинки сповільнювались під час руху через щільні середовища. Пізніше фізики схилялися до думки, що світло - це хвиля. Однією з причин цього було те, що сяюче світло через дві щілини одночасно створює інтерференційну картину, яка можлива лише для хвиль. Коли Джеймс Клерк Максвелл опублікував свою теорію електромагнетизму в 1873 р., Він засновував рівняння на хвилеподібній природі електрики, магнетизму та світла - пов'язаного явища.

Елегантність рівнянь Максвелла є вагомим свідченням хвильової теорії пропускання світла, але Макс Планк був натхненний спростувати цю теорію, щоб пояснити поведінку, що спостерігається при нагріванні "чорної скриньки", такої, від якої не може світло Втеча. Відповідно до розуміння хвильової динаміки, коробка повинна випромінювати нескінченну кількість ультрафіолетового випромінювання при нагріванні. Натомість він випромінював дискретні частоти - жодна з них нескінченна. У 1900 році Планк висунув ідею, що енергія, що падає, "квантується" окремими пакетами, щоб пояснити це явище, яке було відоме як ультрафіолетова катастрофа.

Альберт Ейнштейн сприйняв ідеї Планка близько до серця, і в 1905 р. Він опублікував статтю "Про евристичну точку зору щодо Виробництво та перетворення світла ", в якому він використовував їх для пояснення фотоефекту, вперше спостерігається Генріхом Герцем у 1887. За словами Ейнштейна, світло, що падає на поверхню металу, створює електричний струм, оскільки легкі частинки вибивають електрони з атомів, що складають метал. Енергія струму повинна змінюватися залежно від частоти або кольору падаючого світла, а не від інтенсивності світла. Ця ідея була революційною в науковому співтоваристві, в якому рівняння Максвелла були добре встановлені.

Американський фізик Роберт Міллікан спочатку не був переконаний у теоріях Ейнштейна, і він придумав ретельні експерименти для їх перевірки. Він помістив металеву пластину всередину евакуйованої скляної колби, освітлив на пластині світло різної частоти і записав результуючі струми. Незважаючи на те, що Міллікан скептично ставився до цього, його спостереження погодились з прогнозами Ейнштейна. Ейнштейн отримав Нобелівську премію в 1921 році, а Міллікан - в 1923 році. Ні Ейнштейн, ні Планк, ні Міллікан не називали частинки "фотонами". Цей термін не вживався доти, поки його не ввів фізик з Берклі Гілберт Льюїс у 1929 році.