Het fenomeen dat de kwantumaard van elektromagnetische straling aantoont, is het foto-elektrisch effect. Dit fenomeen, voor het eerst verklaard door Albert Einstein, omvat de emissie van elektronen uit een materiaal wanneer het wordt blootgesteld aan licht of andere vormen van elektromagnetische straling. Volgens de kwantumtheorie gedraagt elektromagnetische straling zich niet alleen als golven, maar ook als afzonderlijke energiepakketjes die fotonen worden genoemd. Bij het foto-elektrisch effect dragen fotonen hun energie over aan elektronen in het materiaal, waardoor ze worden uitgestoten met kinetische energie die afhangt van de frequentie (of golflengte) van de invallende straling. De waarneming dat de energie van uitgezonden elektronen afhangt van de frequentie van het licht en niet van de intensiteit ervan, leverde krachtig bewijs voor de kwantisering van elektromagnetische straling.
Elektromagnetische straling verwijst naar de voortplanting van energie in de vorm van oscillerende elektrische en magnetische velden. Dit fenomeen omvat een breed scala aan golflengten en frequenties, van radiogolven aan de onderkant tot gammastraling aan de bovenkant van het elektromagnetische spectrum. Elektromagnetische golven reizen met de snelheid van het licht door de ruimte en vertonen eigenschappen van zowel golven als deeltjes, zoals beschreven door de kwantummechanica. Afhankelijk van hun frequentie kunnen elektromagnetische golven op verschillende manieren met materie interageren, waaronder absorptie, reflectie en transmissie, waardoor ze essentieel zijn op gebieden als communicatie, beeldvorming en teledetectie.
Het kwantum van elektromagnetische straling is het foton. Fotonen zijn elementaire deeltjes die elektromagnetische golven vormen en gekwantiseerde energie transporteren die evenredig is aan hun frequentie. Volgens de kwantumtheorie vertonen fotonen zowel golfachtige als deeltjesachtige eigenschappen. Als deeltjes hebben fotonen geen rustmassa, reizen ze met de snelheid van het licht en kunnen ze energie en momentum overbrengen wanneer ze in wisselwerking staan met materie. De energie van een foton is recht evenredig met zijn frequentie (E = hf), waarbij h de constante van Planck is en f de frequentie van de elektromagnetische golf. Fotonen zijn van fundamenteel belang voor het begrijpen van de interactie van elektromagnetische straling met materie en ondersteunen veel verschijnselen in de kwantummechanica en de moderne natuurkunde.
Het fenomeen dat de corpusculaire aard van elektromagnetische golven aangeeft, is het foto-elektrische effect. Bij het foto-elektrisch effect gedragen fotonen zich als afzonderlijke energiedeeltjes (quanta) en dragen hun energie over aan elektronen in een materiaal. Deze interactie resulteert in de emissie van elektronen uit het materiaal, die kunnen worden gedetecteerd als een elektrische stroom. De belangrijkste observatie van het foto-elektrisch effect is dat de kinetische energie van uitgezonden elektronen afhangt van de frequentie van invallend licht, en niet van de intensiteit ervan. Deze afhankelijkheid van frequentie in plaats van intensiteit leverde overtuigend bewijs op dat elektromagnetische straling bestaat uit afzonderlijke energiepakketjes (fotonen) in plaats van uit een continue golf.
Het fenomeen dat de golfkarakteristiek van elektromagnetische straling ondersteunt, is interferentie. Interferentie treedt op wanneer twee of meer elektromagnetische golven op elkaar inwerken, wat resulteert in de versterking of opheffing van hun amplitudes. Dit fenomeen is kenmerkend voor golven en kan worden waargenomen bij alle soorten elektromagnetische straling, van radiogolven tot röntgenstralen. Interferentiepatronen, zoals die waargenomen in Youngs dubbelspletenexperiment met licht, demonstreren het golfachtige gedrag van elektromagnetische golven. Het vermogen van elektromagnetische golven om met elkaar te interfereren geeft hun golfkarakter aan, waarbij constructieve en destructieve interferentiepatronen afhangen van de relatieve fase en golflengte van de betrokken golven.
