Sisältö
Albert Einsteiniä muistetaan suhteellisuusteoriasta ja yhtälöstä, joka tasapainottaa massaa ja energiaa, mutta kumpikaan saavutus ei voittanut hänelle Nobel-palkintoa. Hän sai tämän kunnian teoreettisesta työstään kvanttifysiikassa. Kehittäessään saksalaisen fyysikon Max Planckin ideoita, Einstein ehdotti, että valo koostuisi erillisistä hiukkasista. Hän ennusti, että valon loistava johtava metallipinta aiheuttaisi sähkövirran, ja tämä ennustus todistettiin laboratoriossa.
Valon kaksoisluonto
Sir Isaac Newton, joka kuvaa prisman hajottaman valon käyttäytymistä, ehdotti, että valo koostuisi hiukkasista. Hän ajatteli, että diffraktio aiheutui, koska hiukkaset hidastuivat kuljettaessaan tiheän väliaineen läpi.Myöhemmin fyysikot taipuivat kohti näkemystä, että valo oli aalto. Yksi syy tähän oli se, että valon loistava kahden raon läpi kerralla tuottaa häiriökuvion, joka on mahdollista vain aalloilla. Kun James Clerk Maxwell julkaisi teoksensa sähkömagneettisuudesta vuonna 1873, hän perusti yhtälöt sähkön, magneettisuuden ja valon aallonmuotoiseen luonteeseen - liittyvään ilmiöön.
Ultravioletti-katastrofi
Maxwells-yhtälöiden tyylikkyys on vahva todiste valon läpäisyaaltoteorialle, mutta Max Planck sai inspiraation kumota tämä teoria selittämään käyttäytymistä, jota havaittiin kuumennettaessa "mustaa laatikkoa", josta ei valo pääse poistumaan. Aallon dynamiikan käsitysten mukaan laatikon tulisi säteillä ääretön määrä ultraviolettisäteilyä kuumennettaessa. Sen sijaan se säteili erillisillä taajuuksilla - yksikään niistä ei ole ääretön. Vuonna 1900 Planck kehitti ajatusta siitä, että tapahduva energia "kvantisoitiin" erillisissä paketteissa selittääkseen tätä ultravioletti-katastrofina tunnettua ilmiötä.
Valosähkötehoste
Albert Einstein otti Plancks-ideat sydämeen, ja julkaisi vuonna 1905 kirjan "Valon tuotantoa ja muuntamista koskevasta heuristisesta näkökulmasta", jossa hän käytti niitä selittämään valosähköistä vaikutusta, jonka Heinrich Hertz havaitsi ensimmäisen kerran vuonna 1887. Einsteinin mukaan metallipinnalle tuleva valo synnyttää sähkövirran, koska valopartikkelit koputtavat elektroneja metallin muodostavista atomista. Virran energian tulisi vaihdella tulevan valon taajuuden tai värin mukaan, ei valon voimakkuuden mukaan. Tämä ajatus oli mullistava tiedeyhteisössä, jossa Maxwellin yhtälöt olivat vakiintuneita.
Einsteins-teoria vahvistettu
Amerikkalainen fyysikko Robert Millikan ei aluksi ollut vakuuttunut Einsteins-teorioista, ja hän suunnitteli huolellisia kokeita niiden testaamiseksi. Hän asetti metallilevyn evakuoidun lasisipulin sisälle, loisti levylle eri taajuuksien valoa ja rekisteröi syntyvät virrat. Vaikka Millikan oli ollut skeptinen, hänen havainnot olivat yhtä mieltä Einsteinsin ennusteiden kanssa. Einstein sai Nobel-palkinnon vuonna 1921 ja Millikan sen vuonna 1923. Einstein, Planck tai Millikan eivät kutsuneet hiukkasia "fotoneiksi". Tätä termiä ei käytetä, kunnes Berkeleyn fyysikko Gilbert Lewis keksi sen vuonna 1929.