I det 20. århundre er det to ideer i fysikk som står frem som revolusjonerende: relativitetsteorien og kvanteteorien. Selv om Albert Einstein er best kjent for sin relativitetsteori, spilte han også en viktig rolle for utviklingen av kvanteteorien. Det var nettopp hans bidrag til kvanteteorien, hans forklaring av det vi kjenner som fotoelektrisk effekt, som gjorde at han i 1921 ble tildelt Nobelprisen i fysikk.
Når lys skinner på en metallbit, vil det oppstå en liten elektrisk strøm i metallet. Dette fenomenet kalles fotoelektrisk effekt. Energien lyset har overføres til elektronene i atomene som metallet består av, slik at de kan bevege seg og dermed gi en ekektrisk strøm. Lys med ulik farge påvirker ikke metallet på samme måte. Uansett hvor sterkt rødt lys du har, vil det ikke gi noen elektrisk strøm i metallet, mens selv et svakt blått lys vil gi en strøm. Problemet var at disse resultatene ikke kunne forklares hvis lys bare ses på som bølger. Bølger kan ha alle mulige energier - store bølger har mye energi, mens små bølger har liten energi. Hvis lys var bølger, ville lysstyrken påvirke energien - jo sterkere lys, jo større bølge og følgelig større energi. Lys med ulike farger defineres av energien de har. Om alle ting ellers er likt, har blått lys mer energi enn rødt lys med gult lys et sted i mellom. Dette betyr at om lys er bølger, vil et svakt blått lys ha samme energi som et sterkt rødt lys. Hvis det var tilfellet, hvorfor vil ikke et sterkt rødt lys gi en elektrisk strøm i metallet slikt et svakt blått lys gir? Einstein innså at det eneste måten å forklare den fotoelektriske effekten på, var å si at i stedet for å se på lys som en bølge, som var det vanlige, besto lys av små energipakker kalt fotoner som oppfører seg som partikler. Einstein var ikke den første som hadde ideen om fotoner, men han var den første som hadde det som utgangspunkt for en forklaring og ikke som en passende unnskyldning for å forklare bort merkelige resultater.
Ved å se på lys som fotoner, viste Einstein at rødt lys ikke kan løsrive elektroner i metallet fordi fotonene ikke har tilstrekkelig energi - sammenstøtet er rett og slett ikke stort nok til å løsrive elektronene fra atomene. Blått lys derimot kan løsrive elektroner fordi det består av fotoner med større energi enn hva rødt lys gjør. Fotoner i ultrafiolett lys, som har enda større energi, vil gi elektronene nok energi til at de unnslipper helt fra metallet. En god sammenligning er å tenke på en full parkeringsplass med biler og noen svært dårlige sjåfører. Vi kan tenke oss at en bil er parkert på en spesiell plass hvor også andre sjåfører ønsker å parkere sin bil. For å få den spesielle plassen, må de dytte den allerede parkerte bilen bort fra plassen, men de får kun muligheten til å forsøke et dytt. En liten rød Ford Think vil ikke ha nok energi til å dytte bort bilen, men en større blå Van vil klare det. Om en stor lilla trailer prøver seg, vil den antagelig dytte bort bilen med en slik kraft at den sannsynligvis beveger seg langt nok til å treffe noe annet. Hvis vi returnerer til fotonene og elektronene igjen, vil det aldri være snakk om et enkelt fotoen om gangen. Et sterkt lys består av mange fotoner, men det spiller ingen rolle hvor sterkt lyset er; rødt lys vil ikke ha nok energi til å dytte løs et enkelt elektron. Dette er som å ha en parkeringsplass full av små røde Ford Think som hver for seg tilfeldig treffer den parkerte bilen etter tur - det vil bli en del bulker, men den parkerte bilen vil bli værende der den er. På den andre siden vil et svakt blått lys løsrive elektroner - vi vet at selv en eneste blå Van vil klare å flytte den parkerte bilen.
Einsteins forklaring av fotoelektrisk effekt var starten på et skred av oppdagelser som skulle føre til hva vi kjenner som kvanteteorien. I denne teorien ses ikke lys på som enten en partikkel eller en bølge, lys kan være begge deler avhengig av hvordan det måles. Senere har det blitt oppdaget at elektroner og andre partikler ikke bare har det vi vanligvis tenker på som partikkelnatur, men også kan ses på som bølger.