As experiências de Thomson mostraram que metais continham elétrons. O mecanismo para ejeção desses elétrons por absorção da luz incidente envolveria a interação entre o campo elétrico das ondas eletromagnéticas de luz e a carga elétrica dos elétrons.
Além disso, a teoria eletromagnética mostra que a amplitude do campo elétrico oscilan-te é proporcional à raiz quadrada da intensidade da luz. Portanto:
Pela teoria ondulatória da luz, a energia cinética dos elétrons emitidos seria proporcio-nal à intensidade da luz incidente.
Isso torna difícil de se entender por que a energia adquirida pelos elétrons ejetados é independente da intensidade da luz, como mostram os resultados experimentais.
Outro ponto controverso, de acordo com a teoria ondulatória clássica da luz, é que é necessário um tempo muito longo para um elétron absorver energia suficiente e escapar do metal.

Mas, o que acontece nas observações experimentais?

O número de elétrons liberados do metal dependia da intensidade da luz incidente (co-mo esperado), mas a energia cinética dos elétrons não variava com a intensidade da luz.
A experiência mostrava que a energia cinética máxima depende apenas da freqüência.
Nenhuma fonte de luz de alta intensidade, mas de baixa freqüência conseguia liberar elétrons do metal.

Outra observação era que não havia um intervalo de tempo entre a iluminação e a emis-são de elétrons. Pela teoria ondulatória da luz, a energia incidente é distribuída unifor-memente sobre a superfície, o tempo necessário para que haja energia suficiente em uma área equivalente a um átomo pode ser calculado. Esse tempo seria de minutos ou até horas dependendo da intensidade da radiação incidente. Entretanto, nunca foi obser-vado tal intervalo, os elétrons são emitidos imediatamente após a incidência da luz.

Em 1905, Einstein propõe uma explicação para esse fenômeno que estava deixando muitos pesquisadores confusos e intrigados.
Para explicar esses fatos, Einstein considerou que em vez da energia luminosa se distri-buir igualmente pelo espaço no qual ela se propaga, ela seria composta de quantas (pa-cotes ou quantidades) de energia. A energia de um quantum (singular de quanta) é pro-porcional à freqüência da luz incidente. Quando um desses quantas penetra no metal toda sua energia e transferida para um elétron. O termo fóton apareceu pela primeira vez no título de um artigo escrito em 1926, “A conservação dos fótons” pelo físico-químico Gilbert Lewis.

Com essa hipótese explicam-se facilmente as observações experimentais:

Como a energia dos fótons é diretamente proporcional à freqüência, quanto maior a fre-qüência da luz incidente, maior a energia transferida ao elétron. Consequentemente a energia cinética máxima dos elétrons também dependia da freqüência da luz.
Os elétrons precisam de uma energia mínima para serem liberados do metal, essa ener-gia é chamada de função trabalho do metal. Se a energia fornecida pelo fóton for menor do que a função trabalho do metal, o elétron não terá energia suficiente para escapar do metal e não será emitido.

Essa explicação estava de acordo com as observações experimentais e pela sua simpli-cidade poder-se-ia julgar que seria de fácil aceitação entre a comunidade científica.
No entanto não foi bem isso que aconteceu.

As equações de Maxwell (1864) que descrevem o campo eletromagnético e a natureza ondulatória da radiação eram bem aceitas no meio científico. Na teoria de Maxwell, não havia possibilidade de inserção dos quantas de energia e não aconteceria o fenômeno de interferência da luz se esta fosse composta de corpúsculos pontuais.

Assim a hipótese de Einstein violava dogmas sagrados dos físicos clássicos.

Em 1913 Einstein é proposto para a Academia Prussiana e Planck, Nernst, Rubens e Wangel escrevem uma recomendação:

"Em suma, pode se dizer que dificilmente se encontrará um, entre os grandes problemas em que a física moderna é tão rica, para o qual Einstein não tenha apresentado uma con-tribuição notável. Que ele, por vezes, possa ter errado o alvo, nas suas especulações, como, por exemplo, na sua hipótese dos quanta de luz, não pode ser erguido como um obstáculo à sua candidatura, porque não é possível apresentar idéias realmente novas, mesmo nas ciências mais exatas, sem, por vezes, se correr um risco".

Para bem se compreender o caráter revolucionário da hipótese é suficientemente escla-recedor o seguinte comentário de Millikan, escrito para as comemorações dos 70 anos de Einstein: "Passei 10 anos da minha vida a testar aquela equação de Einstein (para o efeito fotoelétrico) e, ao contrário de todas as minhas expectativas, fui obrigado, em 1915, a afirmar a sua verificação sem ambigüidades, apesar da sua falta de razoabilida-de, pois parecia violar tudo o que sabíamos sobre a interferência da luz".

Contudo foi apenas em 1917 que A. H. Compton e P. Debye, de forma independente, deduziram as conhecidas expressões da cinemática relativista para a deflexão de um quantum de luz por um elétron inicialmente em repouso.

Os resultados de Compton fizeram aceitar, definitivamente, a idéia de que o quantum de luz é uma partícula. Não é por isso de estranhar o premio Nobel de Einstein em 1921 (mas só atribuído em 1922) "pela explicação do efeito fotoelétrico".
O próprio Einstein chegou a comentar, em 1951, já perto da sua morte em Março de 1955: "Estes 50 anos de reflexão não me fizeram ficar mais perto da resposta à questão: o que são os quanta de luz?".

Referencias

NUSSENZVEIG, H Moysés (2002) Curso de Física Básica v.4 p. 249 Editora Edgard Blücher Ltda – São Paulo

TIPLER, Paul A. (1981) Física Moderna p. 90; Editora Guanabara Dois S.A. – Rio de Janeiro.

PAIS, Abraham (1995) “Sutil é o Senhor...”: a ciência e a vida de Albert Einstein. Edi-tora Nova Fronteira – Rio de Janeiro.

EISBERG, Robert Martin (1979) Fundamentos de Física Moderna. Editora Guanabara Dois S.A. – Rio de Janeiro.

LAGE, Eduardo (2005) O centenário do quantum de luz. Gazeta de Física v.28 p 04-09.