Albert Einstein es recordado por la teoría de la relatividad y la ecuación que iguala la masa y la energía, pero ninguno de los logros le valió el Premio Nobel. Recibió ese honor por su trabajo teórico en física cuántica. Desarrollando ideas avanzadas por el físico alemán Max Planck, Einstein propuso que la luz estaba compuesta de partículas discretas. Predijo que la luz brillante sobre una superficie metálica conductora crearía una corriente eléctrica, y esta predicción fue probada en el laboratorio.

La naturaleza dual de la luz

Sir Isaac Newton, describiendo el comportamiento de luz difractada por un prisma, propuso que la luz estaba compuesta de partículas. Él pensó que la difracción fue causada porque las partículas se ralentizaron cuando viajaban a través de medios densos. Los físicos posteriores tendieron a ver que la luz era una ola. Una razón para esto fue que al iluminar dos rendijas a la vez produce un patrón de interferencia, que solo es posible con las ondas. Cuando James Clerk Maxwell publicó su teoría del electromagnetismo en 1873, basó las ecuaciones en la naturaleza ondulatoria de la electricidad, el magnetismo y la luz, un fenómeno relacionado.

La catástrofe ultravioleta

La La elegancia de las ecuaciones de Maxwell es una fuerte evidencia de la teoría ondulatoria de la transmisión de la luz, pero Max Planck se inspiró para refutar esa teoría para explicar el comportamiento observado al calentar una "caja negra", de la que no puede escapar ninguna luz. De acuerdo con la comprensión de la dinámica de las olas, la caja debe irradiar una cantidad infinita de radiación ultravioleta cuando se calienta. En cambio, irradiaba en frecuencias discretas, ninguna de ellas infinita. En 1900, Planck avanzó la idea de que la energía incidente se "cuantificó" en paquetes discretos para explicar este fenómeno, que se conocía como la catástrofe ultravioleta.

El efecto fotoeléctrico

Albert Einstein tomó Planck's ideas para el corazón, y en 1905, publicó un artículo titulado "En un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de la luz", en el que los utilizó para explicar el efecto fotoeléctrico, observado por primera vez por Heinrich Hertz en 1887. Según Einstein, La incidencia de luz sobre una superficie metálica crea una corriente eléctrica porque las partículas ligeras expulsan electrones de los átomos que componen el metal. La energía de la corriente debe variar de acuerdo con la frecuencia - o color - de la luz incidente, no según la intensidad de la luz. Esta idea fue revolucionaria en una comunidad científica en la que las ecuaciones de Maxwell estaban bien establecidas.

Teoría de Einstein verificada

El físico estadounidense Robert Millikan no estaba convencido de las teorías de Einstein al principio, y ideó experimentos cuidadosos para probarlos. Colocó una placa de metal dentro de un bulbo de vidrio evacuado, brilló la luz de varias frecuencias en la placa y registró las corrientes resultantes. Aunque Millikan había sido escéptico, sus observaciones coincidieron con las predicciones de Einstein. Einstein recibió el Premio Nobel en 1921 y Millikan lo recibió en 1923. Ni Einstein, Planck ni Millikan llamaron a las partículas "fotones". Ese término no entró en uso hasta que fue acuñado por el físico de Berkeley Gilbert Lewis en 1929.