Таким образом, заключения Эйнштейна шли вразрез с законами классической волновой теории, где луч света считается непрерывной волной. Ученый заявил, что свет — это поток частиц-фотонов, скорость которых сравнима со скоростью света в вакууме. Если частота волны неизменна, то и энергия фотонов одинакова. Когда фотоны отдают свою энергию частицам некого вещества, свет поглощается — причем тоже порционно.
Чтобы рассчитать, с какой максимальной энергией может двигаться фотоэлектрон, Эйнштейн вывел уравнение фотоэффекта. Смысл его вот в чем: при столкновении с каким-либо телом фотон отдает свою энергию на то, чтобы превратить нейтральные атомы в электроны, а затем выбить ихнаружу. Оставшаяся энергия фотона трансформируется в кинетическую — то есть энергию движения электрона.
Это уравнение помогло обосновать все законы фотоэффекта. Предельная кинетическая энергия фотоэлектрона, а значит, и его наибольшая стартовая скорость определяются не интенсивностью света, а частотой волны и работой при переходе границы между веществом и окружающей средой. Чем длиннее волна, тем меньше частота — и тем слабее будет работа на выходе. Самым длинноволновым является излучение красного спектра, и «наиболее красный» свет не может произвести фотоэффекта. Но у каждого вещества красная граница (то есть допустимая минимальная частота волны) своя — она зависит от химического состава и характера поверхности тела. Разумеется, количество фотоэлектронов, которые вылетают из металла за единицу времени, пропорционально количеству фотонов, падающих на поверхность тела за то же время.
Открытие фотоэффекта стало очень важным шагом в развитии техники. Как уже упоминалось вначале, на его основе были созданы фотоэлементы, позволяющие преобразовывать солнечный свет в электричество. В середине ХХ в. американские инженеры Дэрил Чапин, Джеральд Пирсон и Калвин Саутер Фуллер принесли в исследовательский центр Bell Labs кремниевый фотоэлемент, каждая ячейка которого превращала энергию солнца в электричество с 4 %-ным КПД. Четыре года спустя фотоэлектрические системы стали использоваться на спутниках, и это было большим прорывом в освоении космоса, где нет иных источников энергии. Кроме того, фотоэлементы позволяют воспроизводить звук, записанный на кинопленке, а в паре с реле — создавать «видящие» устройства, которые могут автоматически сортировать вещи, открывать-закрывать двери, включать и выключать освещение и пр. Сейчас солнечные батареи, состоящие из фотоэлементов, признаны самым экологичным, доступным и экономным способом энергообеспечения.