Исследованием свойств фотона занимались многие известные ученые, но самое заметное открытие сделал Макс Планк в 1900 г. Занимаясь тепловым излучением почти сорок лет, он обнаружил, что энергия любой системы при излучении или поглощении электромагнитного излучения может изменяться только на величину кратную энергии кванта. Иными словами, электромагнитное излучение дискретно. Опираясь на работу Планка Эйнштейн теоретически описал фотоэлектрический эффект и в 1921 году за этот труд получил Нобелевскую премию по физике.
Многие физики предполагали, что квантование энергии есть результат какого-то неизвестного свойства материи, проявляющегося при поглощении или выделении электромагнитных волн. Эйнштейн в 1905 году предположил, что квантование энергии – свойство самого электромагнитного излучения.
В те времена господствовала волновая теория Максвелла, которая предполагала, что все свойства света во взаимодействиях его с веществом зависят от интенсивности светового потока, но не от частоты. В действительности же некоторые эксперименты показывали результаты совершенно противоположные. Эйнштейн в целом признавал справедливость теории Максвелла, но аномальность некоторых экспериментов можно было объяснять если предположить, что энергия световой волны локализована в подобные частицам кванты и которые движутся в пространстве независимо друг от друга, несмотря на то, что волны распространяются непрерывно. Для согласования волновой теории Максвелла с экспериментальным обоснованием дискретной природы света родилась квантовая электродинамика.
Оказалось, что фотону свойственен корпускулярно волновой дуализм. В некоторых явлениях фотон ведет себя как электромагнитная волна (дифракция и интерференция). Результаты таких экспериментов прекрасно описываются уравнениями Максвелла. В других случаях фотоны целиком излучаются и поглощаются объектами, которые имеют собственные размеры намного меньше размеров волны фотона – атомами и совсем уж малыми скорее точечными электронами.
Двигаясь поперек гравитационного поля, фотоны ведут себя как частицы с определенной массой, свет звезд, к примеру, отклоняется солнцем (установлено во время солнечного затмения).
Двигаясь вдоль линий гравитационного поля, фотон теряет или увеличивает свою потенциальную энергию, что сказывается на его частоте (экспериментально установлено).
Похожие свойства проявляют и другие элементарные частицы, они хоть и обладают массой покоя, но по результатам экспериментов было установлено, что