光的粒子性

19世紀初開始，托馬斯·楊、菲涅耳、馬呂斯分別觀察到了光的干涉、衍射和偏振現象，60年代和80年代，赫茲研究了電磁波，並證明光也是一種電磁波，後來麥克斯韋提出了電磁理論，完善了光的波動説，但赫茲在研究電磁波的實驗中，偶然發現了一個現象：當接收電路的間隙受到光照射時，間隙更容易產生電火花，這是最早發現的光電效應，引起了很多物理學家的關注。法國物理學家P·勒納德、英國物理學家J·J·湯姆孫等人進行了實驗研究，證實了這個現象，即照在金屬表面的光會使金屬中的電子逸出。研究時發現瞭如下一些現象：存在飽和電流、截止頻率和遏制電壓。但光的波動説只能部分解釋光電效應，甚至有些從波動説推導出來的結論與實驗結果相矛盾。於是需要新的理論來解釋光電效應的實驗規律，人們開始注意光的粒子性。

20世紀初，德國物理學家馬克斯·普朗克提出了能量子的概念，但很少人接受它，但年輕的愛因斯坦注意到了能量子的意義，提出光在吸收和發射時能量是一份一份的，光本身也是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子叫做光子。愛因斯坦就此提出了一個關係式：Ek=hν-W0，即愛因斯坦光電效應方程。（其中h為普朗克常量，ν為光的頻率，W0為逸出功，就是電子脱離金屬吸引需要做的功）它很好地解釋了許多結論，為光的粒子説奠定了基礎。

愛因斯坦提出光電效應方程及光電效應的解釋時，實驗測量不精確，這種觀點也與以往的觀點有很大差別，所以並沒有立刻得到承認。1907年起，美國物理學家密立根開始實驗測量光電效應中幾個重要的物理量，他測出了金屬的遏止電壓與光的頻率，根據光電效應方程算出普朗克常量h，並與根據黑體輻射得出的普朗克常量進行比較。實驗結果是：兩者只有0.5%的誤差。成為了光電效應方程的第一次實驗驗證。

h= 6.626 ×10^-34 J·s

1918-1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發現在散射的X射線中，不但有波長等於原波長的射線，而且還有波長大於原波長λ0的部分，這個效應被稱為康普頓效應。而在解釋這個效應時，經典的波動理論又遇到了困難，於是康普頓用光子的模型成功地解釋了這種現象，他認為光子不但具有能量，還具有動量，光子的動量p=h/λ。這又進一步支持了光的粒子説。