Innehåll
- Ljusens dubbla natur
- Den ultravioletta katastrofen
- Den fotoelektriska effekten
- Einsteins teori verifierad
Albert Einstein minns för relativitetsteorin och ekvationen som liknar massa och energi, men ingen av prestationerna fick honom Nobelpriset. Han fick den ära för sitt teoretiska arbete inom kvantefysik. Utveckla idéer av den tyska fysikern Max Planck föreslog Einstein att ljuset bestod av separata partiklar. Han förutspådde att lysande ljus på en ledande metallyta skulle skapa en elektrisk ström, och denna förutsägelse bevisades på laboratoriet.
Ljusens dubbla natur
Sir Isaac Newton, som beskrev ljusets beteende som avleddes av ett prisma, föreslog att ljuset var sammansatt av partiklar. Han trodde att diffraktion orsakades eftersom partiklarna avtog när de färdades genom tät media.Senare fysiker tenderade mot uppfattningen att ljus var en våg. En anledning till detta var att lysande ljus genom två slitsar på en gång ger ett interferensmönster, vilket endast är möjligt med vågor. När James Clerk Maxwell publicerade sin teori om elektromagnetism 1873, baserade han ekvationerna på den vågliknande naturen av elektricitet, magnetism och ljus - ett relaterat fenomen.
Den ultravioletta katastrofen
Elegansen i Maxwells-ekvationerna är ett starkt bevis för vågteorin om ljusöverföring, men Max Planck inspirerades att motbevisa den teorin för att förklara beteendet som observerades vid uppvärmning av en "svart låda", vilket är ett ljus från vilket inget ljus kan undkomma. Enligt förståelserna för vågdynamiken bör lådan utstråla en oändlig mängd ultraviolett strålning när den värms upp. Istället strålade det ut med diskreta frekvenser - ingen av dem oändliga. 1900 avancerade Planck idén om att händelsens energi "kvantiserades" i diskreta paket för att förklara detta fenomen, som var känt som den ultravioletta katastrofen.
Den fotoelektriska effekten
Albert Einstein tog Plancks idéer i hjärtat, och 1905 publicerade han ett papper med titeln "On a Heuristic Viewpoint About the Production and Transformation of Light", där han använde dem för att förklara den fotoelektriska effekten, som först observerades av Heinrich Hertz 1887. Enligt Einstein skapar ljus som inträffar på en metallyta en elektrisk ström eftersom ljuspartiklar slänger elektroner ur atomerna som komponerar metallen. Strömens energi bör variera beroende på frekvensen - eller färgen - på det infallande ljuset, inte beroende på ljusets intensitet. Denna idé var revolutionerande i ett vetenskapligt samhälle där Maxwells ekvationer var väl etablerade.
Einsteins teori verifierad
Den amerikanska fysikern Robert Millikan var inte övertygad om Einsteins teorier till en början, och han tänkte noggranna experiment för att testa dem. Han placerade en metallplatta inuti en evakuerad glaskula, lyste ljus av olika frekvenser på plattan och registrerade de resulterande strömmarna. Även om Millikan hade varit skeptisk, gick hans observationer överens med Einsteins förutsägelser. Einstein fick Nobelpriset 1921 och Millikan fick det 1923. Varken Einstein, Planck eller Millikan kallade partiklarna "fotoner". Den termen kom inte i bruk förrän den myntades av Berkeleys fysiker Gilbert Lewis 1929.