El desarrollo histórico de los fotones

En la mayoría de las teorías anteriores al siglo XVIII, la luz se describía como una sustancia compuesta de innumerables partículas diminutas. Dado que la teoría de partículas no puede explicar fácilmente la refracción, difracción y birrefringencia de la luz, Descartes (1637), Hooke (1665), Huygens (1678) y otros propusieron la teoría ondulatoria (mecánica) de la luz. Pero en ese momento, debido a la influencia autorizada de Newton, todavía dominaba la teoría de partículas de la luz. A principios del siglo XIX, los experimentos de Thomas Young y Fresnel demostraron claramente las propiedades de interferencia y difracción de la luz. Alrededor de 1850, la teoría ondulatoria de la luz había sido plenamente aceptada en los círculos académicos. En 1865, la teoría de Maxwell predijo que la luz es una onda electromagnética. El experimento que confirmó la existencia de ondas electromagnéticas fue completado por Hertz en 1888. Esto pareció marcar el fin completo de la teoría de las partículas de la luz.

Sin embargo, la teoría electromagnética de la luz bajo la teoría de Maxwell no puede explicar todas las propiedades de la luz. Por ejemplo, en la teoría electromagnética clásica, la energía de las ondas de luz sólo está relacionada con la densidad de energía (intensidad de la luz) del campo de ondas y no tiene nada que ver con la frecuencia de las ondas de luz. Sin embargo, muchos experimentos relacionados, como el fotoeléctrico. Los experimentos de efectos muestran que la energía de la luz no tiene nada que ver con la intensidad, sólo con la intensidad de la luz relacionada con la frecuencia. Un ejemplo similar es que en algunas reacciones fotoquímicas, la reacción solo ocurrirá cuando la frecuencia de la luz exceda un cierto umbral, y cuando la intensidad de la luz aumente por debajo del umbral, la reacción no ocurrirá.

Al mismo tiempo, la investigación sobre la radiación del cuerpo negro realizada por muchos físicos durante más de 40 años (1860-1900) se vio truncada por la hipótesis establecida por Planck, que proponía que la frecuencia de emisión o absorción de cualquier sistema.

El trabajo de Einstein y otros demostró la existencia de los fotones. La siguiente pregunta es: ¿cómo unificar la teoría electromagnética de la luz de Maxwell y la teoría cuántica de la luz? Einstein nunca pudo encontrar una teoría que unificara ambas, pero ahora la respuesta a esa pregunta está contenida en la electrodinámica cuántica y su sucesor: el modelo estándar.