La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención de filósofos y científicos desde tiempos remotos. Ya en la antigua Grecia se conocían fenómenos tales como la reflexión, la refracción y el carácter rectilíneo de su propagación. ¿que es la luz? se plantea como una exigencia de conocimiento más profundo. El desarrollo histórico de las ideas sobre la naturaleza de la luz constituye un ejemplo de como evolucionan las teorías y los modelos científicos, a medida que, se consolida el concepto ciencia y se obtienen nuevos datos experimentales que ponen a prueba las ideas disponibles. En aquella época los científicos concebían la luz como una onda. Se comenzaron a estudiar las ondas electromagnéticas.

James Clerk Maxwell describió la propagación de las ondas electromagnéticas.

En 1980 la física teórica comenzó a despuntar. Los pioneros fueron Max Planck, Hendrik Lorent y Ludwig Bolzmann.

Einstein leyó Antigona obra de Sofocles, el Quijote de Cervantes, El tratado de la naturaleza humana de David Hume , el análisis de las sensaciones y el desarrollo histórico-crítico de la mecánica de Ernst Mach, La ética de Baruch Spinoza y la ciencia y la hipótesis de Henri Poincare.

El que más influyó en él fue David Hume. Hume se mostraba escéptico con respecto a cualquier conocimiento que no pudiera ser percibido directamente  por los sentidos.

Esta versión de la filosofía llamada positivismo, negaba la validez de cualquier concepto que fuera más allá de las descripciones de fenómenos que experimentamos directamente. Einstein diría: "La teoría de la relatividad se insinúa ya en el positivismo".

Hume aplicaba su rigor escéptico al concepto tiempo. "No tenia sentido-afirmaba- hablar del tiempo como si estuviera dotado de una existencia absoluta que fuera independiente de los objetos observables cuyos movimientos nos permitían definirlo". "A partir de la sucesión de ideas e impresiones nos formamos la idea del tiempo-escribe Hume. No es posible que el tiempo aparezca nunca aislado".

Las opiniones de Einstein sobre Hume se vieron moderadas por la valoración de Inmanuel Kant. Kant opinaba que había algunas verdades que entraban en una categoría de "conocimiento definitivamente asegurado" que se  "basaba en la propia razón".

Kant distinguía entre dos tipos de verdades: 1) proposiciones analíticas, que se basan en la lógica y en la "propia razón" y no en la observación del mundo, como, por ejemplo, "ningún soltero esta casado", "dos más dos es cuatro" o "todos los ángulos de un triángulo suman siempre 180 grados", 2) proposiciones sintéticas, que se basan en la experiencia y las observaciones, como, por ejemplo,  "Munich es mayor que Berna" o "todos los cisnes son blancos". Las proposiciones sintéticas podían reformularse a partir de nuevas evidencias empíricas, pero no así las proposiciones analíticas. Podemos descubrir un cisne negro, pero no un soltero casado, ni tampoco (al menos así pensaba Kant ) un triángulo con 181 grados.

Inicialmente Einstein encontró maravilloso que ciertas verdades pudieran descubrirse solo mediante la razón. Pero pronto empezó a cuestionar la rígida distinción kantiana entre verdades analíticas y sintéticas. Una proposición que parece puramente analítica- como la de que los ángulos de un triángulo suman siempre 180 grados- podría resultar falsa en una geometría no euclídea o en un espacio curvo.

Sacó de Spinosa su fe en el determinismo: el sentimiento de que las leyes de la naturaleza, una vez que lográbamos penetrar en ellas, dictaban causas y efectos inmutables y que Dios no jugaba a los dados permitiendo cualesquiera sucesos aleatorios o indeterminados. Aun cuando la mecánica cuántica parecía demostrar que estaba equivocado, Einstein siguió creyendo que tenía razón.

Modelo corpuscular de Newton

Isaac Newton (1642-1727) había establecido los fundamentos de la física clásica a finales del siglo xvII. Basándose en los descubrimientos de Galileo y otros, desarrollo una serie de leyes que describían un universo mecánico bastante comprensible.

A mediados del siglo XVII, propuso una teoría acerca de lo que es la luz. Afirmaba que el comportamiento de la luz en la reflexión y en la refracción consistía en una corriente de partículas que emergen de una fuente luminosa y se dirigen al objeto a gran velocidad describiendo trayectorias rectilíneas. La luz podría considerarse como "multitud de inimaginables pequeños y velocísimos corpúsculos de varios tamaños".

Modelo ondulatorio de Huygens

El físico holandés Christian Huygens (1629-1695) dedicó sus esfuerzos a elaborar una teoría ondulatoria acerca de la naturaleza de la luz. Para que fuera posible la propagación de la onda debía existir un medio material que hiciera de soporte de la misma. El aire era el soporte de las ondas sonoras y el agua el de las ondas producidas en la superficie del lago. En la luz su medio era el éter.

El modelo de Huygens fue rechazado. El prestigio científico adquirido por Newton se aliaron en contra de la teoría de Huygens.

El físico ingles Thomas Young (1772-1829)  descubrió el fenómeno de interferencias luminosas, según el cual cuando dos ondas procedentes de una misma fuente se superponen en pantalla, aparecen sobre ella zonas de máxima luz y zonas de oscuridad en forma alternada. el hecho de que, en diferentes zonas, luz más luz pudiera dar oscuridad, fue explicado por Young en base a la teoría ondulatoria, suponiendo que en ellas la cresta de una onda coincidía con el valle de la otra, por lo que se producía una mutua destrucción.

La luz como onda electromagnética

James Clerk Maxwell (1831-1879) concibió una serie de ecuaciones que especificaban como los campos eléctricos cambiantes crean campos magnéticos y como los campos magnéticos cambiantes crean campos eléctricos. El resultado de este acoplamiento era una onda electromagnética. era un teórico que se había despojado de los prejuicios predominantes, había dejado que las melodías matemáticas le llevaran a territorios inexplorados y había encontrado una armonía que se basaba en la belleza y simplicidad de una teoría de campo.

Einstein se sentiría fascinado por las teorías de campo.  Es un nuevo concepto en física, la invención más importante desde la época de Newton: el de campo. Hacia falta una gran imaginación para darse cuenta de que no son las cargas ni las partículas, sino el campo que hay en el espacio comprendido entre dichas cargas y partículas, lo que resulta esencial para la descripción de los fenómenos físicos.

Al principio, la teoría del campo electromagnético desarrollada por Maxwell parecía compatible con la mecánica de Newton. Maxwell creía que las ondas electromagnéticas siempre que presupongamos que existe una finísima sustancia llamada éter que actúa como la sustancia física que ondula y oscila para propagar las ondas electromagnéticas, un papel comparable al que desempeña el agua con las olas del mar y el aire con las ondas sonoras.

Los físicos no encontraron evidencias de nuestro movimiento a través del supuesto éter propagador de la luz.

Einstein le escribe un artículo a su amigo Habicth donde le sugiere que la luz se propaga no solo en ondas, sino también en diminutos paquetes-cuantos de luz, que más tarde se denominarían fotones. Esta afirmación nos sumerge en una extraña bruma científica que resulta mucho más tenebrosa y de hecho, más espeluznante. ¿Esta hecho el universo de partículas, como los átomos y electrones?  ¿O bien es un continuum ininterrumpido, como parece serlo un campo gravitatorio o electromagnético? Y si los dos métodos de describir resultan válidos a veces. ¿que ocurre cuando ambos se intersecan?

Einstein entendió que el electrón formaba los dos campos a través de la famosa ecuación E= masa por la velocidad al cuadrado. A través de esta ecuación estableció la equivalencia entre masa y energía.

Max Planck (1858.1947) al estudiar los fenómenos de emisión y absorción de radiación electromagnética por parte de la materia, forzado por los resultados de los experimentos, admitió que los intercambios de energía que se producen entre materia y radiación no se llevaba a cabo de forma continua, sino discreta, es decir, como a saltos o paquetes de energía, lo que Planck denominó cuantos de energía. Admitió que si bien los procesos de emisión de luz por las fuentes se verifican de forma discontinua, la radiación en sí era una onda continua que se propaga como tal en el espacio.

Estas ideas supusieron la reformulación de un modelo corpuscular. La luz estaría formada por una sucesión de cuantos elementales que a modo de paquetes chocarían contra la superficie del metal, arrancando de sus átomos los electrones más externos. Estos nuevos corpúsculos energéticos recibieron el nombre de fotones .

Se vio también que los fenómenos como interferencia o la difracción, pueden ser descritos únicamente admitiendo el carácter ondulatorio de la luz, en tanto que el efecto fotoeléctrico, se acopla solo a una imagen corpuscular. La luz es por tanto, onda y partícula, manifestándose de uno u otro modo en función de la naturaleza del experimento.