Albert Einstein är ihågkommen för relativitetsteorin och ekvationen som motsvarar massa och energi, men ingen prestation vann honom Nobelpriset. Han fick den ära för hans teoretiska arbete inom kvantfysik. Einstein föreslog att ljuset bestod av diskreta partiklar genom att utveckla idéer som utvecklats av den tyska fysikern Max Planck. Han förutspådde att skenande ljus på en ledande metallyta skulle skapa en elektrisk ström, och denna förutsägelse visades i laboratoriet.
Dual Nature of Light
Sir Isaac Newton, som beskriver beteendet av ljus diffraderat av ett prisma, föreslog att ljus var sammansatt av partiklar. Han trodde att diffraktion orsakades eftersom partiklarna sänktes när de gick igenom täta medier. Senare fysiker tenderade mot utsikten att ljus var en våg. En orsak till detta var att lysande ljus genom två slitsar på en gång producerar ett interferensmönster, vilket endast är möjligt med vågor. När James Clerk Maxwell publicerade sin teori om elektromagnetism 1873 byggde han ekvationerna på den vågliknande naturen av elektricitet, magnetism och ljus - ett relaterat fenomen.
Den ultravioletta katastrofen
The Elegans av Maxwells ekvationer är starka bevis för vågteorin för ljusöverföring, men Max Planck inspirerades för att motbevisa den teorin för att förklara beteendet som observerades vid uppvärmning av en "svart låda", som är en från vilken inget ljus kan fly. Enligt förståelsen av vågdynamiken bör lådan utstråla en oändlig mängd ultraviolett strålning när den upphettas. Istället utstrålade det i diskreta frekvenser - ingen av dem oändliga. Planck avancerade 1900 tanken att incidentenergin var "kvantiserad" i diskreta paket för att förklara detta fenomen, vilket var känt som ultraviolett katastrof.
Fotoelektriska effekter
Albert Einstein tog Plancks idéer till hjärta, och 1905 publicerade han ett dokument med titeln "På en heuristisk synpunkt om produktion och omvandling av ljus", där han använde dem för att förklara den fotoelektriska effekten, först observerad av Heinrich Hertz 1887. Enligt Einstein, ljusfall på en metallyta skapar en elektrisk ström eftersom ljuspartiklar slår elektroner ur de atomer som komponerar metallen. Strömens energi bör variera beroende på frekvensen eller färgen - av infalljuset, inte beroende på ljusets intensitet. Den här ideen var revolutionerande i ett vetenskapsområde där Maxwells ekvationer var väl etablerade.
Einsteins teori verifierades
Amerikanska fysiker Robert Millikan var förstås inte övertygad om Einsteins teorier först och han utarbetade noga experiment att testa dem. Han lade en metallplatta inuti en evakuerad glödlampa, skenade ljus av olika frekvenser på plattan och registrerade de resulterande strömmen. Även om Millikan hade varit skeptisk överensstämde hans observationer med Einsteins förutsägelser. Einstein tog emot Nobelpriset 1921 och Millikan tog emot det 1923. Varken Einstein, Planck eller Millikan kallade partiklarna "fotoner". Den termen kom inte i bruk förrän den gjordes av Berkeleys fysiker Gilbert Lewis 1929.
