Pourquoi une faible lumière ultraviolette arrache-t-elle des électrons au métal quand une lumière rouge aveuglante n'y arrive pas ?

Parce que la lumière arrive par paquets, et que ce qui compte, c'est la taille de chaque paquet, pas leur nombre. En 1905, Einstein a proposé que la lumière soit faite de petits grains d'énergie, appelés plus tard photons, et que l'énergie de chaque photon soit proportionnelle à la fréquence de la lumière. Les photons ultraviolets sont assez gros pour arracher un électron à un métal ; les photons rouges sont trop petits. Rendre la lumière rouge plus intense ne fait qu'ajouter des petits photons, et un électron ne peut prendre l'énergie que d'un photon à la fois, en entier ou pas du tout.

C'est l'effet photoélectrique : la lumière qui frappe un matériau en fait sortir des électrons. Les physiciens s'attendaient à l'inverse. Si la lumière n'était qu'une onde continue, un faisceau intense devrait apporter plus d'énergie et éjecter les électrons plus vite, et même une lumière faible devrait finir par marcher à condition d'attendre. Au lieu de ça, les expériences ont montré que chaque métal a une fréquence seuil en dessous de laquelle aucun électron ne sort, quelle que soit l'intensité ou la durée d'éclairage. Au-dessus du seuil, une lumière plus intense éjecte plus d'électrons, mais chacun repart avec la même énergie.

L'effet a été repéré par hasard. En 1887, Heinrich Hertz a placé son détecteur d'étincelles dans une boîte noire pour mieux les voir, et elles sont devenues plus courtes. Une vitre en verre bloquait la lumière ultraviolette qui aidait les électrons à sauter l'intervalle.

Le physicien américain Robert Millikan était sûr qu'Einstein se trompait, tant les preuves que la lumière est une onde étaient nombreuses. Il a passé dix ans à tester la théorie, et ses résultats de 1914 ont confirmé les prédictions d'Einstein dans les moindres détails. C'est pour ça qu'Einstein a reçu le prix Nobel 1921, et non pour la relativité.