2.3 Einsteinova fotonová hypotéza
Chápeme-li elektromagnetické pole
jako soustavu nezávislých lineárních harmonických oscilátorů, můžeme podle Planckovy kvantové hypotézy předpokládat, že se jeho celková energie bude měnit skokem
- pro danou vlnovou délku l
(resp. frekvenci n ) o kvantum hn, kde h je
(neškrtnutá) Planckova konstanta.
Zatímco Planck pohlížel na
elektromagnetické pole jako na zvláštní typ kontinua, jehož energie se mění
skokem, německý fyzik A. Einstein šel v této
představě ještě dále. Předpokládal, že toto kontinuum je ve skutečnosti samo
tvořeno kvanty elektromagnetické energie, částicemi pohybujícími se rychlostí
světla [1]. Ty byly později nazvány fotony. Celková energie
každé z těchto částic je podle Einsteina dána vztahem
Již dříve však bylo známo, že
elektromagnetické záření nese nenulovou hybnost, která souvisí s jeho energií
prostřednictvím jednoduchého vztahu 
Sloučením této
rovnice a Einsteinova vztahu pro energii fotonu získáme proto pro jeho hybnost
Skoková změna celkové energie
elektromagnetického pole je pak ovšem podmíněna procesem vzniku (vyzářením) či
zániku (absorpcí) jednoho fotonu.
Částicové představy o elektromagnetickém
záření byly s velkým úspěchem využity samotným Einsteinem při vysvětlení
v rámci klasické fyziky nepochopitelného chování elektronů v tzv. fotoelektrickém
jevu (Einsteinova teorie fotoelektrického jevu)
a experimentálně prokázány A. H. Comptonem
při rozptylu paprsků X na volných elektronech (Comptonův
jev).
Zatímco fyzika 19. století
nahlížela na světlo jako na vlnění, Einstein se svou fotonovou hypotézou
částečně navrací k částicovým představám Newtonovým. Ve skutečnosti však
elektromagnetické záření (a tedy i světlo) není pouze vlněním, ani pouze
proudem částic: je současně obojím. Vše totiž závisí na experimentálních
podmínkách, v nichž se nachází. Elektromagnetické pole je fyzikální objekt, u
nějž za jistých okolností převažují vlnové vlastnosti a jindy zase vlastnosti
částicové. Hovoříme proto o vlnově-korpuskulárním dualismu
světla. Konzistentní interpretaci Einsteinovy fotonové hypotézy poskytla až kvantová
elektrodynamika.
[1] EINSTEIN, A. Annalen der Physik, 1905, Bd. 17, S. 132.
