Wat is er zo bijzonder aan 2005? Het is precies een eeuw geleden dat Albert Einstein drie artikelen publiceerde, die elk van invloed zijn geweest voor de natuurkunde in de 20ste eeuw. Het waren artikelen op het gebied van het foto-elektrisch effect (waarvoor hij in 1921 de Nobelprijs ontving), de Brownse beweging van moleculen en zijn best bekende bijdrage: zijn speciale Relativiteitstheorie.
E=mc²
Het verband tussen massa en energie in de formule E=mc², wie kent het niet? Tenminste, wie kent de formule niet? De achterliggende theorie is echter minder bekend. Einstein kreeg de Nobelprijs niet voor zijn speciale relativiteitstheorie of voor de algemene relativiteitstheorie die ook de zwaartekracht toevoegde (gepubliceerd in 1915), maar voor zijn theorie van het foto-elektrisch effect.
Foto-elektrisch effect
Wanneer we over twee geleidende platen een gelijkspanning zetten, zal een van de twee een positieve lading krijgen. Terwijl de andere een negatieve lading krijgt. Wanneer we vervolgens licht op de negatieve plaat laten vallen, worden er elektronen geëmitteerd en gaat er een stroom lopen. Dit is het foto-elektrisch effect. Het bijzondere is dat het effect alleen optreedt bij licht met een hoge frequentie. Als het opvallende licht een te lage frequentie heeft, wordt er geen stroom opgewekt, ook al maken we de lichtsterkte nog zo groot. Dit effect is niet te verklaren met de klassieke elektrodynamica die uitgaat van het feit dat licht is opgebouwd uit golven.
Nu had Max Planck net zijn theorie gelanceerd waarbij energie bestaat uit kleine eenheden, de zogenaamde quanta. Zijn betoog was dat de hoeveelheid energie in een quantum afhangt van de golflengte van het licht: hoe korter de golflengte van de straling, des te groter de energie per quantum. Einstein werkte het idee dat licht is opgebouwd uit deeltjes verder uit en verklaarde daarmee het foto-elektrisch effect. Immers: [a] om een elektron vrij te maken is een bepaalde minimumhoeveelheid energie nodig, [b] licht bestaat uit quanta (fotonen genaamd), en [c] de energie van een foton is recht evenredig met de frequentie van het licht. Met andere woorden, elektronen kunnen alleen worden vrijgemaakt wanneer de frequentie van het opvallende licht groot genoeg is.
Alle drie de publicaties hebben grote invloed gehad op de hedendaagse theoretische natuurkunde, maar ook op onze technologische ontwikkelingen. Zowel het foto-elektrisch effect als de relativiteitstheorie vinden we terug in ontelbare toepassingen.
Vandaar dat het uitroepen van 2005 tot het World Year of Physics een kans is om het mooie vak van natuurkunde in het zonnetje te zetten!
