Annus Mirabilis makaleleri
Makaleler > Fotoelektrik etki

Ana madde: Fotoelektrik etki
18 Mart'ta ulaşan ve 9 Haziran'da yayınlanan "Işığın Oluşumu ve Dönüşümü Üzerine Sezgisel Bir Görüş" başlıklı makale, kuantum enerjisi fikrini ortaya koymuştur. Max Planck'ın daha önceki kara cisim radyasyonu yasasının derivasyonundan esinlenmiş olan bu fikir, ışık enerjisinin, kuantum olarak adlandırılan, farklı miktarlarda emilebileceği veya yayılabileceğini öngörür. Einstein şu ifadeyi kullanmıştır:
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| “ | Bir ışık ışınının yayılımı sırasında, enerji sabit biçimde artan boşluklarda sürekli olarak dağılmaz, ancak bölünmeden hareket eden ve emilebilen veya birimler halinde oluşturulabilen, boşluktaki noktalarda yer alan sınırlı sayıda enerji paketçiklerinden oluşur | ” |
Fotoelektrik etkiyi açıklarken, Einstein'ın tanımladığı gibi enerjinin farklı paketçiklerden oluştuğu tezi, kara cisimlere de doğrudan uygulanabilir.
Işık paketçikleri fikri, James Clerk Maxwell’in elektromanyetik davranış denklemleri ve daha genel olarak, fizik sistemlerinde sonsuz bölünebilirlik varsayımından gelen ışığın dalga teorisiyle çelişmektedir.
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| “ | Fizikçilerin gazlar ve diğer tartılabilen cisimler hakkında oluşturdukları teorik kavramlar ile Maxwell’in sözde boşluktaki elektromanyetik süreçler teorisi arasında büyük bir şekilsel farklılık mevcuttur. Biz bir cismin durumunun, gerçekten çok büyük ama sınırlı sayıda atom ve elektronların pozisyonları ve hızlarıyla belirlendiğini düşünürken, bir boşluğun hacminin elektromanyetik durumunu belirlemede sürekli uzamsal fonksiyonlar kullanırız, dolayısıyla sınırlı sayıda miktar boşluğun elektromanyetik durumunu eksiksiz belirlemek için yeterli olarak kabul edilemez.  [... bu] ışığın yayılımı ve dönüşümü olgusuna uygulandığında çelişkilere yol açar. Gelen ışığın enerji paketçiklerinden oluştuğu görüşüne göre [...], ışığın katot ışınları üretmesi şu şekilde anlaşılabilir. Cismin yüzey tabakasına, enerjisi en azından kısmen elektronların kinetik enerjisine dönüşen enerji paketçikleri sızar. En basit kavram, bir ışık paketçiğinin tüm enerjisini tek bir elektrona transfer etmesidir [....] | ” |
Einstein fotoelektrik etkinin dalga boyuna ve dolayısıyla ışığın frekansına bağlı olduğunu belirtmiştir. Çok düşük frekansta, yoğun ışık dahi elektron üretmemiştir. Ancak, belli bir frekansa erişildiğinde, düşük yoğunluklu ışık bile elektron üretmiştir. Einstein bunu, h Plank sabiti ve f  frekans olan ve hf olarak verilen, Plank’ın ışığın sadece enerji paketleri halinde emilebildiği hipoteziyle karşılaştırmıştır. Sonra, ışığın, enerjisi frekansa bağlı olan paketler halinde dolaştığını ve bu nedenle de sadece belli bir frekansın üzerindeki ışığın bir elektronu serbest bırakmak için yeterli enerji getirebileceğini öne sürmüştür.
Daha sonraki deneylerin Einstein’ın fotoelektrik etki denklemlerinin doğru olduğunu teyit etmesine rağmen açıklaması dünyaca kabul görmemiştir. Niels Bohr, 1922 Nobel konuşmasında, "Işık-kuantum hipotezi radyasyonun doğasına açıklık getiremiyor" demiştir.
Einstein 1921'de Nobel Ödülü'nü aldığında ve ödül davetinde fotoelektrik hakkındaki çalışmasından ismen söz edildiğinde, bazı fizikçiler (h f = ɸ + Ek) denkleminin doğru olduğunu ve ışık kuantumunun mümkün olduğunu kabul etmişlerdir. 1923'te Arthur Compton’un X-ışını saçılma deneyi bilim camiasının bu formülü kabul etmesine daha çok yardımcı olmuştur. Kuantum teorisi, kuantum mekaniğinin temel prensibi olan dalga-parçacık ikiliğinin güçlü bir göstergesi olmuştur. Fotoelektrik teorisinin eksiksiz bir tanımı kuantum mekaniğinin olgunlaşmasından sonra gerçekleşmiştir.