El fenómeno que demuestra la naturaleza cuántica de la radiación electromagnética es el efecto fotoeléctrico. Este fenómeno, explicado por primera vez por Albert Einstein, implica la emisión de electrones de un material cuando se expone a la luz u otras formas de radiación electromagnética. Según la teoría cuántica, la radiación electromagnética se comporta no sólo como ondas sino también como paquetes discretos de energía llamados fotones. En el efecto fotoeléctrico, los fotones transfieren su energía a los electrones del material, expulsándolos con energía cinética que depende de la frecuencia (o longitud de onda) de la radiación incidente. La observación de que la energía de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz más que de su intensidad proporcionó pruebas contundentes de la cuantificación de la radiación electromagnética.
La radiación electromagnética se refiere a la propagación de energía en forma de campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Este fenómeno abarca una amplia gama de longitudes de onda y frecuencias, desde ondas de radio en el extremo inferior hasta rayos gamma en el extremo superior del espectro electromagnético. Las ondas electromagnéticas viajan a través del espacio a la velocidad de la luz y exhiben propiedades tanto de ondas como de partículas, como las describe la mecánica cuántica. Dependiendo de su frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden interactuar con la materia de varias maneras, incluyendo absorción, reflexión y transmisión, lo que las hace esenciales en campos como la comunicación, la imagen y la teledetección.
El cuanto de radiación electromagnética es el fotón. Los fotones son partículas elementales que constituyen ondas electromagnéticas y transportan energía cuantificada proporcional a su frecuencia. Según la teoría cuántica, los fotones presentan propiedades tanto de onda como de partícula. Como partículas, los fotones tienen masa en reposo cero, viajan a la velocidad de la luz y pueden transferir energía y momento cuando interactúan con la materia. La energía de un fotón es directamente proporcional a su frecuencia (E = hf), donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la onda electromagnética. Los fotones son fundamentales para comprender la interacción de la radiación electromagnética con la materia y sustentan muchos fenómenos de la mecánica cuántica y la física moderna.
El fenómeno que indica la naturaleza corpuscular de las ondas electromagnéticas es el efecto fotoeléctrico. En el efecto fotoeléctrico, los fotones se comportan como partículas discretas (cuantos) de energía, transfiriendo su energía a los electrones de un material. Esta interacción da como resultado la emisión de electrones del material, que pueden detectarse como una corriente eléctrica. La observación clave del efecto fotoeléctrico es que la energía cinética de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz incidente, no de su intensidad. Esta dependencia de la frecuencia en lugar de la intensidad proporcionó pruebas convincentes de que la radiación electromagnética consiste en paquetes discretos de energía (fotones) en lugar de una onda continua.
El fenómeno que sustenta la naturaleza ondulatoria de la radiación electromagnética es la interferencia. La interferencia ocurre cuando dos o más ondas electromagnéticas interactúan, resultando en el refuerzo o cancelación de sus amplitudes. Este fenómeno es característico de las ondas y se puede observar con todo tipo de radiación electromagnética, desde ondas de radio hasta rayos X. Los patrones de interferencia, como los observados en el experimento de la doble rendija con la luz de Young, demuestran el comportamiento ondulatorio de las ondas electromagnéticas. La capacidad de las ondas electromagnéticas para interferir entre sí indica su naturaleza ondulatoria, donde los patrones de interferencia constructivos y destructivos dependen de la fase relativa y la longitud de onda de las ondas involucradas.