1. Effetto fotoelettrico:
* Osservazione: Quando la luce brilla su una superficie metallica, vengono emessi elettroni. Questo effetto è noto come effetto fotoelettrico.
* Spiegazione: Einstein ha spiegato questo fenomeno proponendo che la luce consista di piccoli pacchetti di energia chiamati fotoni. L'energia di un fotone è direttamente proporzionale alla sua frequenza. Quando un fotone colpisce un elettrone nel metallo, trasferisce la sua energia all'elettrone. Se il fotone ha abbastanza energia, può eliminare l'elettrone dal metallo.
* Funzionalità chiave:
* Frequenza di soglia: Esiste una frequenza minima di luce (frequenza di soglia) al di sotto della quale non vengono emessi elettroni, indipendentemente dall'intensità della luce. Ciò dimostra la natura quantistica della luce, poiché l'energia di un fotone dipende dalla sua frequenza.
* Emissione istantanea: Gli elettroni vengono emessi all'istante, anche se la luce è molto debole. Ciò è in contrasto con la teoria delle onde classiche, che prevede un graduale accumulo di energia fino a quando gli elettroni non hanno abbastanza energia per essere emessi.
* Energia cinetica degli elettroni: L'energia cinetica degli elettroni emessi è direttamente proporzionale alla frequenza della luce e non alla sua intensità. Ciò conferma che il trasferimento di energia è dovuto ai singoli fotoni, non all'intensità complessiva della luce.
2. Scattering Compton:
* Osservazione: Quando i raggi X sono sparsi da elettroni, i raggi X sparsi hanno una lunghezza d'onda più lunga (energia inferiore) rispetto ai raggi X incidenti. Questo effetto si chiama Scattering Compton.
* Spiegazione: Compton lo ha spiegato proponendo che i raggi X interagiscono con gli elettroni come se fossero particelle (fotoni). Quando un fotone si scontra con un elettrone, perde un po 'della sua energia, causando un aumento della lunghezza d'onda del fotone.
* Funzionalità chiave:
* Conservazione energetica: L'energia persa dal fotone è acquisita dall'elettrone, dimostrando la conservazione dell'energia.
* Conservazione del momento: Lo slancio del fotone ed elettrone cambia anche durante la collisione, confermando la natura simile a una particella della luce.
3. Radiazione Blackbody:
* Osservazione: Un oggetto riscaldato emette radiazioni su una gamma di frequenze. Lo spettro di questa radiazione dipende dalla temperatura dell'oggetto. Questo è noto come radiazione nera.
* Spiegazione: La fisica classica non è riuscita a spiegare lo spettro osservato, che ha mostrato un picco a una frequenza specifica che dipendeva dalla temperatura. Max Planck ha spiegato con successo questo supponendo che l'energia sia quantizzata, il che significa che può esistere solo in pacchetti discreti. Ciò ha portato alla quantizzazione dell'energia nella luce, supportando ulteriormente la natura delle particelle della luce.
4. Dualità a onda-particella:
* Comportamento simile a onde: La luce mostra anche un comportamento a forma d'onda, come diffrazione e interferenza. Questo è ben consolidato e non contraddice la natura delle particelle della luce.
* Comportamento simile alle particelle: Gli esperimenti sopra descritti dimostrano chiaramente la natura delle particelle della luce.
Questi sono solo alcuni esempi delle prove sperimentali a sostegno della natura delle particelle della luce. Sebbene sia importante ricordare che la luce mostra sia un comportamento simile a un po 'di particelle (dualità delle particelle d'onda), l'effetto fotoelettrico, lo scattering di Compton e le radiazioni del corpo nero sono forti prove che supportano l'idea che la luce sia costituita da pacchetti discreti di energia chiamati fotoni.
