Praeitame straipsnyje „Einšteinas ir jo nuopelnai fizikai“ glaustai peržvelgėme pagrindinius mokslininko gyvenimo įvykius iki 1905 metų. Čia stabtelėjome prisimindami tais metais Alberto Einšteino padarytus keturis reikšmingus fizikai atradimus. Pirmasis – 1905 kovo 17 fotoelektrinio efekto prigimties išaiškinimas. Metas išsiaiškinti, kas tai yra.

Fotoefektas. Heinrichas Hercas, pirmasis atradęs elektromagnetines bangas, 1887 metais pastebėjo, kad elektros kibirkštis tarp dviejų aukštos įtampos elektrodų pasidaro ryškesnė, apšvietus elektrodus ultravioletine šviesa. Tuojau pat šį reiškinį ėmė tirti kiti mokslininkai; pavyzdžiui, buvo išaiškinta, kad apšviesta ultravioletiniais spinduliais gryno cinko plokštelė įsielektrina teigiamai. Abu šiuos reiškinius galima paaiškinti, tarus, jog, medžiagą apšvietus, iš jos išlekia elektronai. Herco eksperimente išmuštieji elektronai padidino kibirkšties tarp elektrodų laidumą, dėl to, apšvietus ultravioletine šviesa, kibirkštis pasidarydavo ryškesnė. Bandyme su cinko plokštele, ultravioletiniams spinduliams išmušus elektronus, plokštelė įsielektrino teigiamai. Reiškinys, kai šviesa iš medžiagos išmuša elektronu, buvo pavadintas fotoelektriniu efektu (arba fotoefektu). Taigi likimo ironija – Hercas, laikęs banginę šviesos teoriją pačia tikriausia, pats aptiko reiškinį, tapusį pirmuoju korpuskulinės šviesos prigimties įrodymu.

Fotoefekto teorija turėjo paaiškinti šitokius eksperimentinius faktus:
1. Nuo ultravioletinės šviesos intensyvumo priklauso tik išlekiančių elektronų skaičius.
2. Maksimali fotoelektronų energija priklauso tik nuo ultravioletinių spindulių dažnio.
3. Kiekvienai medžiagai egzistuoja tam tikras ribinis dažnis f0, ir mažesnio dažnio ultravioletiniai spinduliai, nors ir labai intensyvūs, neįstengia išmušti fotoelektronų. Tačiau jei f > f0, tai net ir esant labai menkam ultravioletinių spindulių srautui, fotoelektronų (kad ir labai nedaug) išlaisvinama.

1905 metais Einšteinas pasiūlė teoriją, paaiškinančią visus eksperimentinius duomenis. Jo fotoefekto teorija nuostabiai paprasta ir graži; ji tokia pat trumpa ir elegantiška, kaip ir reliatyvumo teorija. Einšteinas apibendrino Planko hipotezę apie energijos mainus kvantais ir padarė prielaidą, kad bet kokie elektromagnetiniai spinduliai yra elektromagnetinės energijos diskrecinės sankaupos, pavadintos kvantais. Po to jis padarė prielaidą, kad, sąveikaudamas su medžiaga, fotonas elgiasi kaip dalelė ir savo energiją atiduoda ne medžiagai kaip visumai, ir net ne elektronui kaip vienetui, o tik atskiriems elektronams.
Pagal Einšteiną fotoelektrono kinetinė energija turi būti lygi ultravioletinių spindulių fotono energijos ir mažiausios energijos, reikalingos elektronui iš medžiagos išlaisvinti (vadinamos tos medžiagos išlaisvinimo darbu), skirtumui. Fotono energiją išreiškus hf, kiekybiškai fotoefektą galima aprašyti formule: E = hf – A . Čia A – konkrečios medžiagos išlaisvinimo darbas.

Brauno judėjimas. Antras Alberto Einšteino 1905 metų nuopelnas fizikai – Brauno judėjimo prigimties nustatymas ir matematinių išraiškų Brauno judėjimui sukūrimas. Susipažinkime.

Brauno judėjimas, tai dujose ar skystuose kūnuose esančių smulkių dalelių netvarkingas (šiluminis) judėjimas. Šį reiškinį pirmą kartą 1827 metais stebėjo anglų botanikas Robertas Braunas, tirdamas vandens paviršiuje išsibarsčiusių pataisų sporas. Jos nepailsdamos judėjo. XXa. pradžioje A. Einšteinas nurodė, jog Brauno dalelių nepailstamas judėjimas – tiesioginis ir pats akivaizdžiausias atomų egzistavimo įrodymas.

Toliau paprastumo dėlei nagrinėsime tik vieną Brauno dalelę.
Temperatūra – vidutinės kūną sudarančių dalelių kinetinės energijos matas. Karštų kūnų juos sudarančių dalelių vidutinė kinetinė energija (taigi ir judesio kiekis) didesnė nei šaltų kūnų.
Į skystyje panardintos dalelės paviršių nuolatos atsitrenkia daugybė skystį sudarančių dalelių. Kuomet dalelė pakankamai masyvi ir didelė, į jos paviršių iš visų pusių kiekvienu laiko momentu atakuoja maždaug vienodas dalelių kiekis ir dėl to judesio kiekis, molekulių perduodamas kūnui taip pat beveik lygus nuliui. Kūnas nejuda. Kuomet dalelė maža ir nemasyvi, jos paviršių atakuojančių dalelių kiekis nebėra vienodas (kūną veikiančių jėgų atstojamoji nebelygi nuliui) kiekviename trumpame laiko intervale ir dalelei perduodamas judesio kiekis net apytiksliai negali būti prilyginamas nuliui. Dalelė juda. Taigi vandenyje esančių dalelių savaiminis judėjimas, pasirodo, nėra toks jau savaiminis. Dėl netvarkingo molekulių judėjimo, kūno, panardinto į skystį (ar dujas), judesiai taip pat netvarkingi, neprognozuojami. Pakėlus skysčio temperatūra, jį sudarančių dalelių vidutinė kinetinė energija padidėja, todėl padidėja ir jame esančių Brauno dalelių greičiai.

Teoriškai Einšteino numatyta ir prancūzų fiziko Ž. Pereno empiriškai patikrinta Brauno judėjimo molekulinė kinetinė teorija galutinai įtvirtinta.

Kitąkart susipažinsime su reliatyvumo teorija ir masės-energijos sąryšiu – paskutiniais fizikai reikšmingais 1905 metų Einšteino atradimais.