rik akışkanına hareket için ortam sağlamadığından dolayı bu buluş sadece
negatif yüklü parçacığın vakumlu ortamda hareketi sayesinde açıklanabilir.
Elektronlar yıllardır elektriği akışkan olarak gören klasik elektrodinamikle
karşı karşıya geldi. Daha da önemlisi, elektrik yükü ve elektromanyetizma
arasındaki yakın ilişki Michiael Faraday ve James Clerk Maxwell tarafından
belgelenmiş oldu. Elektromanyetizmanın değişen bir elektrik veya manyetik alan
tarafından oluşturulan bir dalga olarak bilinmesinden beri elektrik ve yükün
atomik/parçacık tanımı yersizdi. Dahası, klasik elektrodinamik tamamlanmayan
tek klasik teori değildi.

Bir objenin sıcaklığından dolayı kaynaklanan elektro
manyetik bir enerji yayılımı olan kara-cisim ışıması klasik yargılar tarafından
tek başına açıklanamazdı. Tüm klasik termodinamik teorilerin temeli olan klasik
mekaniğin eşbölüşümü teoremi, bir nesnenin enerjisinin nesnenin titreşim
modları arasında eşit olarak paylaştırıldığını belirtir. Bu teori titreşim
modlarını oluşturan atomların hızları olarak tanımlarken ve hız
dağıtımının  eşitlikçi olarak dağıtarak
deneysel sonuçlarla eşleşti ve işe 
yaradı. Kinetik enerjinin ikinci dereceden bir denklem olmasından dolayı
hız ortalama hızdan daha büyüktür ancak yüksek enerjili atomların sayısı
düştüğünde aynı zamanda düşüşte o kadar çok olacaktır ve hız atomlar arasında
eşit olarak dağıtılacaktır. Yavaş hız modlarında görünürde hız dağıtımı eşit
olacaktır, yavaş hız modları daha az enerji istediğinden 0 hız modu hiç enerji
harcamayacaktır ver sonsuz sayıda atoma dağıtılabilir. Ancak bu durum atomlar
arasındaki etkileşimin yokluğunda meydana gelebilir; atomlar arası çarpışması
olduğunda yavaş hız modu devreye girecektir. Ayrıca denge durumu hızın sıcaklığa
oranıyla da sağlanabilir.

Ama bu durumu elektromanyetik yayılımda olaylar
termal nesnelerde olduğu gibi değildir. Termal nesnelerin ışık yayılımı yaptığı
uzun süredir bilinmektedir. Sıcak metaller kırmızı renkte parlar ve eğer daha
fazla ısı alırlarsa renkleri beyaza döner. Işığın bir elektromanyetik dalga
olarak bilinmesinden dolayı fizikçiler bu ışımayı klasik yasalarla açıklamaya
çalışmıştır. Bu durum kara-cisim problem olarak bilinmektedir. Eşitdağılım
teorisi termal objelerin titreşim modları için kullanıldığından beri bu durumun
eşit olarak ışıması varsaymak önemsiz olacaktır. Ancak bu çıkarım ışığın
titreşim modları için kullanıldığında çabucak bir sorun ortaya çıktı. Bu sorunu
basitleştirmek için olabilecek en uzun dalgaboyu termal nesenin oyukları olarak
tanımlandı. Herhangi bir dengedeki elektromanyetik mod yalnızda bu oyuklarının
duvarlarını boğum noktası olarak kullanarak var olabilirdi. Böylece dalga boyu
oyuğun(L) iki katından büyük bir dalga olamadı.

İlk birkaç mod uygulanabilir olduğundan  dalga boyları 2L, L, 2L/3, L/2 vs. Dalga
boyunda kısalma limiti olamamasına rağmen 2L uzunluğunu asla geçememektedir
darken kısadalga boyları dağıtımda üstünlük sağladı ve oyuk nerdeyse tamamiyle
kısa dalga boylarıyla dolmaya başladı. Eğer her mod eşit enerji dağılımı almış
olsaydı kısa dalgaboy modları bu enerjinin hepsini özümserdi. Rayleigh-Jeans
yasasından sonra uzun dalgayı boyu ışımalarının yoğunluğu doğru olarak
öngörülürken, sonsuz enerjinin sonsuz sayıdaki kısa dalgaboylarıyla mümkün
olacağı düşünüldü. Bu durum morötesi felaketi olarak bilinmektedir.

Çözüm 1900 yılında Max Planck’ın kara cismin
tarafından yapılan ışık yayılımının frekansı bu yayılımı yapan osilatörün
frekansına bağlı olduğu ve  bu osilatörün
enerjisinin ışıkla düz orantılı olarak arttığı hipoteziyle bulunmuştur(E =hv ).
Görülebilir osilatörlerin aynı mantıkla çalışıtığı düşünülerek bu hipotezin
yanlış olduğu çıkarılamaz ; aynı genlik ve farklı frekanstaki beş farklı
harmonik osilatör kullanılarak en fazla frekansa sahip olanın en çok enerjiyede
sahip olan olduğu görülmüştür. Buna dayanarak yüksek frekanslı ışık eşit
frekanstaki osilatörden yayılmış olmalıdır ve buna dayanarak bu osilatör düşük
frekanslılara göre daha fazla enerjiye sahiptir, böylece Plank herhangi bir
felakti önlemiş oldu, böylece eşit dağılıma göre yüksek frekanslı osilatörler
daha düşük frekanslı osilatörlerin birleşimiyle oluşabilir. Maxwell-Boltzmann
dağılımında olduğu gibi yüksek  enerjili
ve yüksek frekanslı osilatörlerin baskısı altında kalan düşük frekanslı ve
düşük enerjili osilatörlerinde frekansı ve enerjisi artar. Planck’ın kara-cisim
ile ilgili yargısındaki en devrimsel parça termal dengedeki osilatörlerle
elektromanyetik alanların doğasının aynı tam sayıya dayanıyor olması. Bu
osilatörler tüm enerjilerini elektromanyetik alana verir ve elektromanyetik
alan tarafından uyarıldığı kadar bir ışık kuantumu oluşturur ve bu ışık
kuantumunun özümseyerek aynı frekansta osilasyona başlar. Planck istemli olarak
kara-cismin atomik teorisini oluşturmasına rağmen oluşturduğu ışığın atomik
teorisi istemsizdi.

Planck’ın morötesi felaketini atom ve kuantize
elektromanyetik alan kullanılarak çözmesinden sonra çoğu fizikçi çabukça
Plank’ın ‘’ışık kuantumu’’ teorisinin kaçınılmaz açıkları olduğunu fark etti.
Kara-cisim ışıması için daha tamamlayıcı bilgi kuantizasyonsuz
tamamen sürekli, tamamen dalgasal elektromanyetik alan kullanılarak
oluşturuldu. 1905 yılında Albert Einstein Planck’ın kara-cisim modelini
kullanarak o zamanın çözülemeyen sorularından biri olan, enerji alan atomların
elektron yaymasıyla oluşan fotoelektrik olaya çözüm buldu.

1902 yılında Philipp Lenard atomdan çıkan
elektronların enerjisinin ışın yoğunluğu yerine frekansına bağlı olduğunu
buldu. Böylece bir atoma düşük frekanslı az parlaklıkta bir ışık tutulmasıyla
yine aynı frekanstaki parlak bir ışığın tutalmasında kopan elektronun enerjisi
eşik olduğu görüldü. Daha yüksek enerjiye sahip elektronlar için daha yüksek
frekanslı ışık tutulmalıdır. Ne kadar fazla ışık olursa o kadar elektron
koparılmış olur. Kara-cisim ışımasında olduğu gibi ışıma ve madde arasındaki
enerji transferinin başlaması teoride şanstı. Ancak maddenin kuantum mekaniği
doğasına rağmen hala ışığın klasilik tanımı kullanılarak açıklanabilir.

Planck'ın kuantum enerjisini kullanan ve verilen
frekansta elektromanyetik radyasyon isteyen, sadece kuantum hv sinin tam
katları kadar enerjiyi maddeye transfer edebilir.Bundan sonra fotoelektrik etki
daha kolay açıklanabilir. Düşük frekanstaki ışık yalnızca düşük enerjili
elektronları koparır çünkü her bir elektron fotonların emilimiyle uyarılır.
Düşük frekanslı ışığın yoğunluğunun arttırılması, enerjileri yerine yalnızca
uyarılan atomların sayısını arttırır çünkü her bir fotonun enerjisi yine aynı
kalır. Yalnızca ışığın frekansı arttırılarak ve böylece fotonların enerjisini yükselterek
daha yüksek enerjili elektron koparılabilir. Planck sabiti h I kullanarak
fotonların frekansına bağlı olarak enerjisi bulunabilir, ayrıca koparılan
atomun enerjisi de frekansa bağlı olarak lineer artış gösterir; doğrunun eğimi
ise Planck sabitini gösterir. Bu sonuçlar Robert Andrews Milikan’ın 1915’te
elektron yükünü Einstein’ın tahminlerinin deneysel sonuçlarını kullanarak
bulmasına kadar onaylanmadı. Koparılan elektronun enerjisinin Planck sabitini
göstermesine rağmen fotonların varlığı foton antigruplaşması efektinin
bulunmasına kadar kesinleşmemişti. Bu fenomen yalnızca fotonlarla
açıklanabilirdi. Einstein 1921 yılında Nobel Ödülünü aldığında özel ve genel
görelelik teorisi matematiksel olarak zor olmamasına rağmen tamamen devrimci ve
ışığın kuantizasyonundan bahsediyordu. Einstein’ın ışık kuantası 1925 yılına
kadar foton olarak isimlendirilmedi ancak 1905 te bile mükemmel bir şekilde
dalga-parçacık ikililiğini örnekler nitelikteydi. Elektro manyetik ışımı linear
dalga denklemleri sağlamaktadır ancak yalnızca soyuk elementler tarafından
yayılabilir ya da emilebilir böylece hem dalga hem de parçacık özelliği gösterir.

İlk kapsamlı ışık teorilerinden biri ışığın dalga
teorisini öne sürüp dalgaların nasıl düzgün bir hat üzerinde girişim yaptığını
gösteren Christiaan Huygens’ten gelmişti. Ancak bu teori Isaac Newton’un ışığın
parçacık teorisi ile birlikte geride bırakılmış oldu. Newton bu teorisinde
ışığın ufak parçacıklardan oluştuğunu öne sürerek yansıma olgusunu kolayca
açıklayabilmişti. Oldukça zor olsa da ayrıca ışığın lensten kırılmasını ve güneş
ışığından gökkuşağı oluşumunu da açıklamıştı. Newton’un parçacı görüşüne
yüzyıldan uzun süre kimse meydan okuyamadı.

19.yüzyılın başlarında Young ve Fresnel’in çift
yarık deneyi Huygens’in dalga teorisi için kaynak sağlar nitelikteydi. Çift
yarık deneyinde sisteme gönderilen ışıktan su dalgalarındakine benzer gibi
karakteristik bir girişim kalıbı gözlendi ve dalga boyu bu kalıplar
kullanılarak ölçüldü. Dalga görüşü parçacık ve ışın görüşlerinin yerini hemen
alamamasına rağmen 19.yüzyılın ortalarına doğru polarizasyon olgusuyla birlikte
bilimsel düşüncelerde baskınlık kurmaya başladı.

19.yüzyılın sonlarına doğru James Clerk Maxwell,
Maxwell denklemlerine göre ışığın elektromanyetik dalga yayılması olduğunu
açıkladı. Bu denklemler 1887’de Heinrich Hertz’in denklemleri tarafından
doğrulandı ve dalga teorisi Kabul edilmeye başlandı.

1901 yılında Max Planck parlayan bir cismin yaydığı
ışığın gözlemlenen spektrumlarını yeniden oluşturmayı başaran analizini
yayınladı. Bunu başarmak için Plank radyasyon yayılımı yapan osilatörün
kuantize enerjisini ad hoc matematiksel varsayımını kullanarak buldu. Einstein
daha sonradan elektromanyetik radyasyonun kendisinin kuantize olduğunu ve
yayılan atomların enerjisi olmadığını öne sürdü.

1905 yılında Albert Einstein dalga teorisinin eksik
yönlerine fotoelektrik efekt deneyiyle açıklık getirdi. Bunu fotonun varlığını
ve ışık enerjisinin kuantasının parçacık özelliklerini varsayarak yaptı.
Fotoelektrik olayda bir metal üzerine düşürülen parlayan bir ışığın devrede
elektrik akımı oluşturduğu gözlemlendi. Bunun sebebinin ışığın elektronları
sökerek devrede bir akım oluşturduğundan dolayı olduğu düşünüldü. Örnek olarak
potasyumu kullanırken loş mavi ışığın yeterli akımı oluşturmasına rağmen en
güçlü ve en par