Sisu
- Valguse kahetine olemus
- Ultraviolettkiirguse katastroof
- Fotoelektriefekt
- Einsteini teooria kontrollitud
Albert Einsteini mäletatakse relatiivsusteooria ja massi ja energiat võrdsustava võrrandi poolest, kuid kumbki saavutus ei pälvinud talle Nobeli preemiat. Selle au sai ta teoreetilise töö eest kvantfüüsikas. Saksa füüsiku Max Plancki väljatöötatud ideid arendades tegi Einstein ettepaneku, et valgus koosneks diskreetsetest osakestest. Ta ennustas, et juhtivast metallpinnast paistev valgus tekitab elektrivoolu ja see ennustus tõestati laboris.
Valguse kahetine olemus
Sir Isaac Newton, kirjeldades prisma abil hajutatud valguse käitumist, tegi ettepaneku, et valgus koosneb osakestest. Ta arvas, et difraktsioon on põhjustatud sellest, et tihedas keskkonnas liikudes osakesed aeglustusid.Hiljem kaldusid füüsikud arvamusele, et valgus on laine. Selle üheks põhjuseks oli asjaolu, et valguse paistmine läbi kahe pilu korraga tekitab häiremustri, mis on võimalik ainult lainete korral. Kui James Clerk Maxwell 1873. aastal oma elektromagnetismi teooria avaldas, põhines ta võrranditel elektri, magnetismi ja valguse lainekujulisel olemusel - sellega seotud nähtusel.
Ultraviolettkiirguse katastroof
Maxwellsi võrrandite elegants on tugevaks tõendiks valguse läbilaskvuse laineteooriale, kuid Max Planck sai inspiratsiooni selle teooria ümberlükkamiseks, selgitamaks käitumist, mida täheldati "musta kasti" kuumutamisel, millest ükski valgus ei pääse. Vastavalt laine dünaamika arusaamadele peaks kast kiirgama kuumutamisel lõpmatu hulga ultraviolettkiirgust. Selle asemel kiirgus see diskreetsetel sagedustel - ükski neist ei olnud lõpmatu. 1900. aastal esitas Planck idee, et juhtumi energia "kvantiseeriti" diskreetsetes pakkides, et selgitada seda nähtust, mida tunti ultraviolettkiirguse katastroofina.
Fotoelektriefekt
Albert Einstein võttis Plancksi ideid südamesse ja 1905. aastal avaldas ta artikli pealkirjaga "Heuristilisest vaatepunktist valguse tekke ja muundamise kohta", milles ta kasutas neid fotoelektrilise efekti selgitamiseks, esmakordselt Heinrich Hertzi poolt 1887. aastal. Einsteini sõnul tekitab metalli pinnale langev valgus elektrivoolu, sest valguse osakesed koputavad elektrone metalli moodustavatest aatomitest. Voolu energia peaks varieeruma vastavalt langeva valguse sagedusele või värvile, mitte vastavalt valguse intensiivsusele. See idee oli revolutsiooniline teadusringkonnas, kus Maxwellsi võrrandid olid hästi paika pandud.
Einsteini teooria kontrollitud
Ameerika füüsik Robert Millikan polnud alguses Einsteini teooriates veendunud ja ta kontrollis neid hoolikalt. Ta asetas evakueeritud klaasist pirni sisse metallplaadi, paistis plaadil erineva sagedusega valgust ja registreeris sellest tulenevad voolud. Ehkki Millikan oli olnud skeptiline, nõustusid tema tähelepanekud Einsteini ennustustega. Einstein sai Nobeli preemia 1921. aastal ja Millikan selle 1923. aastal. Ei Einstein, Planck ega Millikan nimetanud osakesi "footoniteks". Seda terminit ei kasutatud enne, kui selle lõi 1929. aastal Berkeley füüsik Gilbert Lewis.