Inhoud
- De dubbele aard van het licht
- De ultraviolette catastrofe
- Het foto-elektrisch effect
- Einsteins-theorie geverifieerd
Albert Einstein wordt herinnerd voor de relativiteitstheorie en de vergelijking die massa en energie gelijkstelt, maar geen van beide prestaties won hem de Nobelprijs. Hij ontving die eer voor zijn theoretisch werk in de kwantumfysica. Einstein ontwikkelde ideeën ontwikkeld door de Duitse natuurkundige Max Planck en stelde voor dat licht uit afzonderlijke deeltjes bestond. Hij voorspelde dat stralend licht op een geleidend metalen oppervlak een elektrische stroom zou creëren, en deze voorspelling werd bewezen in het laboratorium.
De dubbele aard van het licht
Sir Isaac Newton, die het gedrag van licht beschrijft dat door een prisma wordt afgebogen, stelde voor dat licht uit deeltjes bestond. Hij dacht dat diffractie werd veroorzaakt omdat de deeltjes vertraagden tijdens het reizen door dichte media.Latere natuurkundigen neigden naar het beeld dat licht een golf was. Een reden hiervoor was dat schijnend licht door twee spleten tegelijk een interferentiepatroon produceert, wat alleen mogelijk is met golven. Toen James Clerk Maxwell in 1873 zijn theorie van elektromagnetisme publiceerde, baseerde hij de vergelijkingen op de golfachtige aard van elektriciteit, magnetisme en licht - een verwant fenomeen.
De ultraviolette catastrofe
De elegantie van de vergelijkingen van Maxwells is een sterk bewijs voor de golftheorie van lichttransmissie, maar Max Planck werd geïnspireerd om die theorie te weerleggen om het waargenomen gedrag te verklaren bij het verwarmen van een 'zwarte doos', waarvan er geen licht kan ontsnappen. Volgens de inzichten van golfdynamica, zou de doos een oneindige hoeveelheid ultraviolette straling moeten uitstralen bij verhitting. In plaats daarvan straalde het in discrete frequenties uit - geen ervan oneindig. In 1900 bracht Planck het idee naar voren dat de invallende energie in afzonderlijke pakketten werd "gekwantiseerd" om dit fenomeen, dat bekend stond als de ultraviolette catastrofe, te verklaren.
Het foto-elektrisch effect
Albert Einstein nam Plancks ideeën ter harte en in 1905 publiceerde hij een artikel getiteld "On a Heuristic Viewpoint About the Production and Transformation of Light", waarin hij ze gebruikte om het foto-elektrisch effect te verklaren, voor het eerst waargenomen door Heinrich Hertz in 1887. Volgens Einstein creëert licht dat op een metalen oppervlak invalt een elektrische stroom omdat lichtdeeltjes elektronen uit de atomen slaan die het metaal vormen. De energie van de stroom moet variëren volgens de frequentie - of kleur - van het invallende licht, niet volgens de intensiteit van het licht. Dit idee was revolutionair in een wetenschappelijke gemeenschap waarin Maxwells-vergelijkingen goed ingeburgerd waren.
Einsteins-theorie geverifieerd
De Amerikaanse fysicus Robert Millikan was aanvankelijk niet overtuigd van de theorieën van Einsteins, en hij bedacht zorgvuldige experimenten om ze te testen. Hij plaatste een metalen plaat in een geëvacueerde glazen bol, scheen licht van verschillende frequenties op de plaat en registreerde de resulterende stromen. Hoewel Millikan sceptisch was geweest, stemden zijn observaties in met de voorspellingen van Einsteins. Einstein ontving de Nobelprijs in 1921 en Millikan ontving deze in 1923. Noch Einstein, Planck noch Millikan noemden de deeltjes "fotonen". Die term werd pas gebruikt toen hij werd bedacht door de natuurkundige Gilbert Lewis in Berkeley in 1929.