Съдържание
- Двойната природа на светлината
- Ултравиолетовата катастрофа
- Фотоелектричният ефект
- Теорията на Айнщайн проверена
Алберт Айнщайн е запомнен по теорията на относителността и уравнението, което изравнява масата и енергията, но нито едно изпълнение не му спечели Нобеловата награда. Той получи тази чест за теоретичната си работа по квантова физика. Разработвайки идеи, разработени от немския физик Макс Планк, Айнщайн предложил светлината да е съставена от отделни частици. Той прогнозира, че блестящата светлина върху проводяща метална повърхност ще създаде електрически ток и това прогнозиране е доказано в лабораторията.
Двойната природа на светлината
Сър Исак Нютон, описвайки поведението на светлината, разсеяна от призмата, предложи светлината да е съставена от частици. Той смята, че дифракцията е причинена, защото частиците се забавят при пътуване през гъста среда.По-късно физиците са склонни към гледката, че светлината е вълна. Една от причините за това беше, че блестящата светлина през две процепи наведнъж създава интерферентен модел, който е възможен само с вълни. Когато Джеймс Клерк Максуел публикува своята теория за електромагнетизма през 1873 г., той основава уравненията на вълнообразния характер на електричеството, магнетизма и светлината - свързано явление.
Ултравиолетовата катастрофа
Елегантността на уравненията на Максвелс е силно доказателство за вълновата теория за пропускане на светлина, но Макс Планк беше вдъхновен да опровергае тази теория, за да обясни поведението, наблюдавано при нагряване на "черна кутия", която е тази, от която никоя светлина не може да избяга. Според разбирането на вълновата динамика, кутията трябва да излъчва безкрайно количество ултравиолетово лъчение при нагряване. Вместо това излъчваше с дискретни честоти - никоя от тях не е безкрайна. През 1900 г. Планк разгърна идеята, че инцидентната енергия е „квантована“ в дискретни пакети, за да обясни това явление, което беше известно като ултравиолетова катастрофа.
Фотоелектричният ефект
Алберт Айнщайн възприема идеите на Планк и през 1905 г. той публикува документ, озаглавен „На евристична гледна точка относно производството и преобразуването на светлината“, в който ги използва за обяснение на фотоелектричния ефект, наблюдаван за първи път от Хайнрих Херц през 1887 година. Според Айнщайн светлината, падаща върху метална повърхност, създава електрически ток, защото светлинните частици избиват електрони от атомите, които съставят метала. Енергията на тока трябва да варира в зависимост от честотата - или цвета - на падащата светлина, а не според интензитета на светлината. Тази идея беше революционна в научна общност, в която уравненията на Максвелс бяха добре утвърдени.
Теорията на Айнщайн проверена
Американският физик Робърт Миликан в началото не беше убеден в теориите на Айнщайн и той измисли внимателни експерименти, за да ги тества. Той постави метална плоча вътре в евакуирана стъклена крушка, светеше с различни честоти върху плочата и записва получените токове. Въпреки че Миликан беше скептичен, наблюденията му се съгласиха с прогнозите на Айнщайн. Айнщайн получава Нобеловата награда през 1921 г., а Миликан получава 1923 г. Нито Айнщайн, нито Планк, нито Миликан наричат частиците „фотони“. Този термин не е влязъл в употреба, докато не е въведен от физика на Беркли Гилбърт Люис през 1929 година.