O fenômeno que demonstra a natureza quântica da radiação eletromagnética é o efeito fotoelétrico. Este fenômeno, explicado pela primeira vez por Albert Einstein, envolve a emissão de elétrons de um material quando este é exposto à luz ou outras formas de radiação eletromagnética. De acordo com a teoria quântica, a radiação eletromagnética se comporta não apenas como ondas, mas também como pacotes discretos de energia chamados fótons. No efeito fotoelétrico, os fótons transferem sua energia para os elétrons do material, ejetando-os com energia cinética que depende da frequência (ou comprimento de onda) da radiação incidente. A observação de que a energia dos elétrons emitidos depende da frequência da luz e não da sua intensidade forneceu fortes evidências para a quantização da radiação eletromagnética.
A radiação eletromagnética refere-se à propagação de energia na forma de campos elétricos e magnéticos oscilantes. Este fenômeno abrange uma ampla gama de comprimentos de onda e frequências, desde ondas de rádio na extremidade inferior até raios gama na extremidade superior do espectro eletromagnético. As ondas eletromagnéticas viajam pelo espaço à velocidade da luz e exibem propriedades tanto de ondas quanto de partículas, conforme descrito pela mecânica quântica. Dependendo da sua frequência, as ondas eletromagnéticas podem interagir com a matéria de várias maneiras, incluindo absorção, reflexão e transmissão, tornando-as essenciais em áreas como comunicação, imagem e sensoriamento remoto.
O quantum da radiação eletromagnética é o fóton. Os fótons são partículas elementares que constituem ondas eletromagnéticas e carregam energia quantizada proporcional à sua frequência. De acordo com a teoria quântica, os fótons exibem propriedades semelhantes a ondas e partículas. Como partículas, os fótons têm massa de repouso zero, viajam à velocidade da luz e podem transferir energia e momento quando interagem com a matéria. A energia de um fóton é diretamente proporcional à sua frequência (E = hf), onde h é a constante de Planck e f é a frequência da onda eletromagnética. Os fótons são fundamentais para a compreensão da interação da radiação eletromagnética com a matéria e sustentam muitos fenômenos da mecânica quântica e da física moderna.
O fenômeno que indica a natureza corpuscular das ondas eletromagnéticas é o efeito fotoelétrico. No efeito fotoelétrico, os fótons se comportam como partículas discretas (quanta) de energia, transferindo sua energia para os elétrons de um material. Essa interação resulta na emissão de elétrons do material, que podem ser detectados como corrente elétrica. A principal observação do efeito fotoelétrico é que a energia cinética dos elétrons emitidos depende da frequência da luz incidente, não da sua intensidade. Esta dependência da frequência e não da intensidade forneceu evidências convincentes de que a radiação eletromagnética consiste em pacotes discretos de energia (fótons) e não em uma onda contínua.
O fenômeno que sustenta a natureza ondulatória da radiação eletromagnética é a interferência. A interferência ocorre quando duas ou mais ondas eletromagnéticas interagem, resultando no reforço ou cancelamento de suas amplitudes. Este fenômeno é característico das ondas e pode ser observado com todos os tipos de radiação eletromagnética, desde ondas de rádio até raios X. Padrões de interferência, como aqueles observados no experimento de dupla fenda de Young com luz, demonstram o comportamento ondulatório das ondas eletromagnéticas. A capacidade das ondas eletromagnéticas de interferirem umas com as outras indica sua natureza ondulatória, onde os padrões de interferência construtiva e destrutiva dependem da fase relativa e do comprimento de onda das ondas envolvidas.