普朗克的量子假說提出後,第一個認真考慮他的觀點的是阿爾伯特·愛因斯坦。
普朗克的假設違反“連續性”的經典物理,並且以“假設光波振動的解釋”解釋不連貫的量子能量傳遞,使多數科學家不能接受。
以上問題在愛因斯坦解決“光電效應”問題之後,變得明晰起來。而愛因斯坦也因此而獲得1922年諾貝爾物理學獎。
光電效應是在光的照射下金屬表麵發射電子的現象。
1887年,威廉·哈爾瓦克斯發現了一種現象,用紫外線照射帶負電壓的驗電器金屬板,驗電器就放電,光線由金屬“打出”電子,現在的光電管原理就在於此。
繼1887之後,俄國學者斯托列托夫等人也做了多次同類型的實驗,確證了這個事實,並證明被光照過的金屬板帶的是正電。
人們開始定量地研究這種現象並測試“光電子”所帶能量。結果發生矛盾。根據經典物理學定律,光電子的能量會隨光度增加而逐漸增加,但實驗中發現,光的強度雖然增加了,光電子的數量增加了,但能量卻沒有變化。
令人們百思不得其解的是,光電子的能量和照射光的頻率有關。照射光的頻率越高,光電子能量越大。這就是愛因斯坦的觀點所在。
1905年,愛因斯坦發表了3篇論文。其中一篇《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》的論文認為,在1899至1902年之間,德國學者赫茲的助手勒納德提出光電效應中經典波動理論無法解釋的三點是光的微粒性質的實驗證據。
勒納德提出:
其一,每一種金屬表麵都存在一個特征截止頻率,頻率再小,不管光強多大,都不能發生光電效應。
其二,射出的光電子動能隻同入射光頻率有關,同光強無關。
其三,隻要入射光頻率超過截止的那個頻率,無論怎樣強弱,都會立即引發光電效應。
在論文中,愛因斯坦把普朗克的量子說和光的微粒觀點相結合,提出光量子假說。光是由光子也是能束和能粒子所組成。牛頓曾經想到過的粒子觀點被波說取代後,在愛因斯坦這裏吸收了他的有益思考。
愛因斯坦認為,一束單色光,是一束以光速運動的粒子流,這些粒子稱為光量子,也就是光子。每個光子都有一定的能量,這個以通過頻率計算,用普朗克常數與頻率相乘,可得出每個光子的能量。
一束光的能量就是發射出的光子能量之總和,一定頻率的光,光子的數目越多,光的強度就越大。
光電子能量和入射光頻率之間的關係對古典經典物理學而言,是無法解釋的。頻率和能量的緊密關係要求人們利用普朗克常數。