1　光電効果　

3　電子と光子の衝突 　この頁

光電効果のもうひとつの主役である電子も粒子だから、光を粒（光子）として扱うと、光と金属内の自由電子との反応は 「粒子対粒子の衝突」となる。

金属に光が当たると自由電子が飛び出すと先述したが、そうは言っても自由に金属の外に飛び出せるわけではない。 自由電子が外に飛び出そうとすると、金属内に働く電気引力がそれを引き戻してしまうからである。自由電子が外に飛び出すためには、 最低でもこの電気引力を振り切るだけのエネルギーを与えなければならない。つまり、金属内の自由電子が外に飛び出すためには 最小エネルギーというものが存在し、自由電子はその最小エネルギーをどこからかもらわないかぎり、金属の電気引力の束縛から 逃れられないのである。

光子（粒子）が金属内に飛び込んできて一個の自由電子と衝突を起こす。そうすると光子の持っていたエネルギーは一挙に 電子に与えられ、電子は瞬時に金属の外に飛び出す。時間的にずれることはない。このとき光子のエネルギーは、電子が飛び出す のに必要な最小エネルギーと飛び出すスピードに費やされた。したがって、電子が金属外に飛び出してしまうと光子にはもうエネルギー がまったく残っていない。光子は跡形もなく完全消滅してしまうのである。

以上のように光と粒子だと考えると、その他の観測事実もすっきり説明できる。

光子一個のエネルギーはその色（周波数）によって異なる。赤い色の光に対応する光子のエネルギーは小さく、紫色の光に 対応する光子のエネルギーは大きい。もし赤色の光が金属に入り込むと、この光子が電子と衝突しても、電子が外に飛び出す のに必要な最小エネルギーを下回ってしまう可能性がある。もしそうなら光電効果は起きない。

一方、紫色の光に対応する光子のエネルギーは大きいので、電子には外に飛び出させるのに必要なエネルギー以上のエネルギー を与えることになる。余分なエネルギーは、飛び出た電子のスピードに現われる。つまり、余分なエネルギーが大きいほど、大きな スピードで電子は飛び出してくる。

あるいは緑色の光の場合、紫色の光にくらべれば、光子のエネルギーが小さいので、飛び出るスピードも小さくなるだろう。 これが、光電効果によって金属から飛び出た電子のスピードは、光の色に左右されるということの説明になる。

光電効果においては、十分なエネルギーを持った光子であれば、一個の光子が一個の電子をたたき出す。二個の光子は 二個の電子を、百個の光子は百個の電子をたたき出す。光子の数が多いほど光は明るくなるのだから、明るい光ほど多くの 電子を金属からたたき出すことも説明できる（繰り返すが、光子のエネルギーが小さくて一個の電子をたたき出せなければ、 たとえ百億個の光子を当てても飛び出す電子はゼロである）。

結局、光電効果が起こるためには、光は粒子として振る舞わなければならないのである。これを「光の粒子性」という。