アインシュタインの光電効果の実験
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「粒子と波動の二重性」の記事における「アインシュタインの光電効果の実験」の解説
詳細は「光電効果」を参照 1905年、アインシュタインはそれまで問題となっていた光電効果に対して説明を与えた。彼はこの説明のために、光のエネルギーの量子である光子の存在を仮定した。 光電効果では、金属に光を照射することにより、回路に電流が生じる。これは、光が金属から電子を弾き出し、電流が流れたものだと推定された。しかし、暗い青色の光でも電流を発生させるのに対し、強い赤色の光では電流を全く発生させないことが分かった。波動説によると、光の波動の振幅は光の強さに比例するとされ、強い光は必ず大きな電流を発生させるはずである。しかし、奇妙なことに観測の結果はそうならなかった。 アインシュタインは、この難問に対し、電子は離散的な電磁場（光子と呼ばれる量子）からエネルギーを受け取ると説明した。エネルギー量Eは光の周波数fと、次の関係式で結び付けられる。 E = h f {\displaystyle E=hf\,} ここでhは6.626 × 10-34ジュール秒の値を持つプランク定数であり、十分高い周波数の光子のみが電子を弾き出せることが分かる。例えば、青色光の光子は金属から電子を解放するのに十分なエネルギーを持っているのに対し、赤色光の光子は十分なエネルギーを持たない。より高い周波数の光子は、より多くの電子を弾き出せるが、周波数が基準以下だと、いくら強い光でも電子は弾き出せないことが分かる。 光電効果は、アインシュタインの1921年度のノーベル物理学賞受賞の受賞理由とされた。
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