Au début du 20e siècle, les phénomènes lumineux présentaient quelques faits troublants, dont par exemple:
En irradiant la photocathode recouverte d'un métal alcalin, on arrivait dans certains cas à en extraire des électrons qui sautent sur l'anode et produisent ainsi un courant électrique détecté par le galvanomètre G. On a trouvé que cet effet "photoélectrique" ne se produit qu'à partir d'une certaine fréquence de la lumière incidente.
Comment expliquer l'effet photoélectrique?
Comme aucun scientifique n'arrivait à expliquer l'effet photoélectrique à partir de la théorie ondulatoire de la lumière, Albert Einstein utilisait une hypothèse de Max Planck pour en donner une explication simple mais révolutionnaire:
La lumière est formée de corpuscules (appelés photons). Les photons ont une énergie proportionnelle à la fréquence de la lumière: Energie d'un photon: $E$ $ =$ $ h\cdot\nu\;(7)$ La constante de Planck $h$ est une constante de proportionnalité. $h$ $=$ $6,626\cdot 10^{-34}J\cdot s\;(8)$
La lumière d'une couleur donnée est plus ou moins intense suivant le nombre de photons transportés.
L'effet photoélectrique s'explique alors facilement: Aucun photon "rouge" n'a assez d'énergie pour arracher un électron au métal alcalin de la photocathode (fréquence faible). Même si la lumière rouge est très intense (beaucoup de photons rouges) aucun électron ne sera arraché. (Supposez que 1000 personnes essayent d'arracher un clou d'une planche de bois avec leurs doigts...) Chaque photon violet a assez d'énergie pour arracher un électron. (fréquence élevée). Même si la lumière violette est peu intense ( peu de photons violets) des électrons seront arrachés, d'où un courant. (Supposez qu'une seule des personnes se présente avec une pince pour arracher le clou...)
La lumière est un phénomène corpusculaire La lumière est à la fois un phénomène ondulatoire et corpusculaire.
Les photons sont des corpuscules-ondes qui échappent à l'image intuitive que nous nous faisons du monde. Ces êtres obéissent uniquement (et heureusement quand-même) aux lois mathématiques!!