Γιατί το μοντέλο κύματος δεν μπορεί να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα;
1. εκπομπή ηλεκτρονίων: Σύμφωνα με το μοντέλο κύματος, το φως είναι ένα συνεχές κύμα και η έντασή του καθορίζει τη φωτεινότητα του φωτός. Ωστόσο, στο φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται από τη μεταλλική επιφάνεια μόνο όταν το φως του προσπίπτοντος έχει μια ορισμένη ελάχιστη συχνότητα, γνωστή ως συχνότητα κατωφλίου. Αυτή η εξάρτηση συχνότητας δεν μπορεί να εξηγηθεί από το μοντέλο κύματος.
2. Μέγιστη κινητική ενέργεια: Το μοντέλο κύματος προβλέπει ότι η μέγιστη κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων θα πρέπει να αυξηθεί με την ένταση του φωτός. Ωστόσο, τα πειράματα δείχνουν ότι η μέγιστη κινητική ενέργεια εξαρτάται αποκλειστικά από τη συχνότητα του φωτός και είναι ανεξάρτητη από την έντασή του.
3. Στιγμιαία εκπομπή ηλεκτρονίων: Το μοντέλο κύματος υποδηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια θα πρέπει να απορροφούν σταδιακά την ενέργεια από τα κύματα φωτός με την πάροδο του χρόνου μέχρι να φτάσουν αρκετή ενέργεια για να εκπέμπονται. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα μια σταδιακή αύξηση του αριθμού των εκπομπών ηλεκτρονίων με αυξανόμενη ένταση φωτός. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται σχεδόν στιγμιαία μετά τον φωτισμό, ανεξάρτητα από την ένταση του φωτός.
4. Απουσία χρονικής καθυστέρησης: Σύμφωνα με το μοντέλο κύματος, θα πρέπει να χρειαστεί λίγος χρόνος για να απορροφήσουν η ηλεκτρόνια αρκετή ενέργεια από τα φωτεινά κύματα και να εκπέμπονται. Αυτό θα οδηγούσε σε μετρήσιμη χρονική καθυστέρηση μεταξύ της συχνότητας εμφάνισης φωτός και της εκπομπής ηλεκτρονίων. Ωστόσο, τα πειράματα έχουν αποδείξει ότι τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται αμέσως χωρίς αξιοσημείωτη χρονική καθυστέρηση.
5. Συμπεριφορά που μοιάζει με σωματίδια: Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα καταδεικνύει σαφώς τη συμπεριφορά του φωτός που μοιάζει με σωματίδια, όπου το φως αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια ως διακριτή ποσότητα ενέργειας που ονομάζεται φωτόνια. Κάθε φωτόνιο φέρει μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας και όταν η ενέργεια του είναι ίση ή μεγαλύτερη από τη λειτουργία εργασίας του μετάλλου, μπορεί να εκτοξεύσει ένα ηλεκτρόνιο από την επιφάνεια.
Αυτές οι παρατηρήσεις και τα πειραματικά αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση με τις προβλέψεις του μοντέλου κυμάτων του φωτός και απαιτούν μια περιγραφή του φωτός που μοιάζει με σωματίδια, η οποία εξηγείται από την κβαντική θεωρία του φωτός, επίσης γνωστή ως κβαντική μηχανική.
