光電効果

この現象は、波長が短ければ、光が暗く(弱く)ても光電効果が起こるが、波長が長いと、光がどんなに明るく(強く)ても光電効果が起こらない。当時は光が単純な波と考えられていたが、単純な波だとこの現象は説明ができず、その原因は謎となった。

なぜなら、光が単純な波なら、エネルギーの大小はその光の強さ(波の振幅の大きさ)にあると考えられる。しかし、波長が長い時は、光をいくら明るく(強く)しても光電効果は起こらない。

このことから、光にはそれ以外の要素があるはずと考えられ、アルベルト・アインシュタインは「光は波であるが、そのエネルギーにはそれ以上に分割できない最小の塊がある」ことを見いだした。これを今では光子(または光量子)と呼ぶ。

この理論では、光の明暗は光子の量に対応し、そして波長が短いほど光子の持つエネルギーが高い。

従って、波長が短い時はエネルギーが高く、衝突時の衝撃が大きいため、明るく(数が多く)ても、暗く(数が少なく)しても、金属板に衝突するのは高エネルギーの光子であり、もって金属板の電子を弾き飛ばすことができる。

対して、波長が長い時は衝撃が小さいので、いくら明るく(数を多く)しても衝撃が小さく、電子を弾き飛ばすことができないのである。

こうして光電効果は説明可能となり、ここから、やがて光には「波と粒子の二面性」があることが知られるようになる。