Если предположить, что один электрон «выбивается» лишь одним фотоном, то ясно: эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона (пропорциональная его частоте) достаточно велика для преодоления сил связи электрона с веществом. Если частота достаточна, электрон выбивается из катода, если частота слишком мала, то электрон не получает необходимой порции энергии, каким бы интенсивным ни был падающий свет. Предположение А. Эйнштейна о квантовой природе света непротиворечиво объясняло наблюдаемые свойства фотоэффекта. Свет, распространяющийся в пространстве, — волновое явление. В то же время свет можно рассматривать в качестве потока фотонов. Их энергия определяется элементарным квантом действия Планка. Свет различных цветов состоит из фотонов различной энергии.
Физики выступили против статьи А. Эйнштейна, поскольку она противоречила уравнениям Максвелла, требовавшим волн, а волна не может сосредоточиться в очень малом объеме частицы — фотона. М. Планк, к примеру, стремился спасти классические представления и считал, что свет — исключительно волновой процесс, а дискретное значение энергии определяется только спецификой механизма излучения и поглощения света.
Таким образом, А. Эйнштейн первым понял, что дискретность поглощения и испускания излучения — свойство самого излучения.
Факт из истории науки
Представление о свете как о дожде быстро движущихся квантов было чрезвычайно смелым. В его правильность вначале поверили немногие. Даже через семь лет после открытия Эйнштейна, в 1912 г. крупнейшие немецкие физики в представлении об избрании Эйнштейна в Прусскую Академию наук писали, что гипотезу световых квантов «не следует слишком сильно ставить ему в упрек». Требовались новые эксперименты для доказательства квантовой природы излучений.
Тем не менее за теоретическое объяснение природы фотоэффекта Эйнштейн в 1922 г. получил Нобелевскую премию по физике.
Идеи Эйнштейна экспериментально подтвердил американский физик Р. Э. Милликен (1868—1953), который установил минимальное квантовое значение электрического заряда, равное электрическому заряду электрона. В 1923 г. американский физик А. X. Комптон (1892—1962) исследовал воздействие очень жестких рентгеновских лучей на атомы со свободными электронами. Открытый им эффект (эффект Комптона) окончательно утвердил квантовую теорию света. Комптон показал, что эффект столкновения рентгеновских фотонов с электронами напоминает картину столкновения биллиардных шаров, а такие характеристики, как длина волны фотонов и скорость электрона, углы разлета фотона и электрона и др., меняются в полном соответствии с формулами Планка — Эйнштейна.
Мнение эксперта
В 1949 г. Милликен написал:
«Я потратил десять лет жизни на проверку уравнения Эйнштейна 1905 г. и вопреки всем ожиданиям был вынужден в 1915 г. недвусмысленно признать его справедливость, несмотря на то, что оно казалось безрассудным, так как противоречило всему, что было известно об интерференции света».
В итоге было доказано, что свет ведет себя не только как волна (в опытах по дифракции и интерференции), но и как поток корпускул (при фотоэффекте). Основная характеристика его дискретности (присущая ему порция энергии) вычислялась через волновую характеристику — частоту у: Е - hy. Таким образом, обнаружилось, что для описания поля необходим не только континуальный, но и корпускулярный подход.
