普朗克認為他的假設隻是對物理學定律的一點調整,而愛因斯坦意識到,如果普朗克的觀念發展為一套自洽的理論體係,將會震撼十九世紀物理學體係的框架,引發其最根本的重建。原因在於,電子振動的能量隻能取分立的值,這一假設完全違背了牛頓運動定律,動搖了整個機械物理的基礎。
普朗克的假設隻討論了光輻射和吸收的機製,說明在這些過程中的能量變化是一份一份的,而沒有說明光從輻射到吸收之間的過程中,它的本質是什麽。愛因斯坦開始思考,是否光在傳播時,其能量也是以一份一份的形式傳遞的。他這樣來比喻該難題:“盡管啤酒總是被裝在幾品脫的瓶子裏賣,但是這並不說明啤酒是由不可分割的品脫單位組成的。”
在這個類比中,如果要證明桶中的啤酒是不是由一份一份組成的,並說明每份啤酒是一品脫、兩品脫還是十品脫,我們可以進行如下實驗:取一些容器(例如十個),隨機地將桶裏的啤酒倒入每個容器並測量容器中有多少啤酒,然後把啤酒都倒回桶裏,重複數次以上流程。如果啤酒不是由一份一份不連續的單位組成的,那麽以上數次過程平均之後,每個容器裏盛的啤酒體積是相等的。而如果啤酒是以品脫為單位構成的,則每個容器平均盛有的啤酒的量將會有差別,這個差別隨著一單位啤酒的體積增加而增加。因此,通過觀察容器中啤酒的分布,我們可以分辨這桶啤酒是不是由一份一份的單位組成的,如果是的話每一份啤酒是幾品脫。如果考慮到極端情況,即一整桶啤酒就是一份不可分割的單位,這個實驗的結果就更容易理解了。
這種情況與密閉盒子中的輻射類似,想象將盒子分為幾個體積相等的區域,可以測量輻射能量在每個區域中的分布。如果輻射能也是一份一份的,且每份能量比較大,則不同區域的能量差別會很大;如果每份輻射能很小,那麽區域之間的能量差別就比較小。經驗的分布規律證明,紫光在每個區域的能量差別大於紅光。因此,愛因斯坦得出結論,一份紫光的能量更大,而一份紅光的能量比較小。通過更精確的計算,表明每份光能量的大小為hn。因此愛因斯坦發現,不僅光的發射和吸收過程是以一份一份能量為單位進行的,而且光的本質也是由確定的能量單位組成的。他將光輻射的每一份能量稱為“光子”(Photon)。