Indhold
- Lysets dobbelte natur
- Den ultraviolette katastrofe
- Den fotoelektriske effekt
- Einsteins teori verificeret
Albert Einstein huskes for relativitetsteorien og ligningen, der sidestiller med masse og energi, men ingen af resultaterne vandt ham Nobelprisen. Han fik den ære for sit teoretiske arbejde i kvantefysik. Ved at udvikle ideer fremskaffet af den tyske fysiker Max Planck foreslog Einstein, at lys var sammensat af diskrete partikler. Han forudsagde, at skinnende lys på en ledende metaloverflade ville skabe en elektrisk strøm, og denne forudsigelse blev bevist på laboratoriet.
Lysets dobbelte natur
Sir Isaac Newton, der beskrev lysets opførsel diffraheret af et prisme, foreslog, at lys var sammensat af partikler. Han troede, at diffraktion blev forårsaget, fordi partiklerne bremsedes, når de rejste gennem tæt medie.Senere fysikere var tilbøjelige til at se, at lys var en bølge. En af grundene hertil var, at skinnende lys gennem to spalter på en gang producerer et interferensmønster, som kun er muligt med bølger. Da James Clerk Maxwell offentliggjorde sin teori om elektromagnetisme i 1873, baserede han ligningerne på den bølgelignende natur af elektricitet, magnetisme og lys - et beslægtet fænomen.
Den ultraviolette katastrofe
Elegansen i Maxwells-ligninger er et stærkt bevis for bølgeteorien for lystransmission, men Max Planck blev inspireret til at tilbagevise den teori for at forklare den opførsel, der blev observeret ved opvarmning af en "sort kasse", som intet lys kan undslippe fra. I henhold til forståelsen af bølgedynamikken skal kassen udstråle en uendelig mængde ultraviolet stråling, når den opvarmes. I stedet strålede det ud i diskrete frekvenser - ingen af dem er uendelige. I 1900 fremførte Planck ideen om, at hændelsesenergien blev "kvantificeret" i diskrete pakker for at forklare dette fænomen, der blev kendt som den ultraviolette katastrofe.
Den fotoelektriske effekt
Albert Einstein tog plancks ideer i hjertet, og i 1905 udgav han et papir med titlen "På et heuristisk synspunkt om lysets produktion og transformation", hvor han brugte dem til at forklare den fotoelektriske virkning, der først blev observeret af Heinrich Hertz i 1887. Ifølge Einstein skaber lys, der er tilfældet på en metaloverflade, en elektrisk strøm, fordi lette partikler slår elektroner ud af atomerne, der komponerer metallet. Strømmen skal variere afhængigt af frekvensen - eller farven - på det indfaldende lys, ikke afhængigt af lysets intensitet. Denne idé var revolutionerende i et videnskabeligt samfund, hvor Maxwells-ligninger var veletablerede.
Einsteins teori verificeret
Den amerikanske fysiker Robert Millikan var først overbevist om Einsteins teorier, og han udtænkte omhyggelige eksperimenter for at teste dem. Han placerede en metalplade inde i en evakueret glaspære, lyste lys af forskellige frekvenser på pladen og registrerede de resulterende strømme. Selvom Millikan havde været skeptisk, var hans observationer enige med Einsteins forudsigelser. Einstein modtog Nobelprisen i 1921 og Millikan modtog den i 1923. Hverken Einstein, Planck eller Millikan kaldte partiklerne "fotoner." Dette udtryk kom ikke i brug, før det blev opfundet af Berkeley-fysiker Gilbert Lewis i 1929.