La introducción del cuanto de energía luminosa que hizo Planck y la hipótesis que añadió Einstein de que la propia luz está constituida por cuantos, posteriormente llamados fotones, junto con algunos conocimientos básicos de relatividad especial, permitieron plantear un modelo de la luz en términos de fotones, que, al no tener masa, viajan en el vacío a la velocidad c. Vamos a ver en este apartado que la aplicación de este modelo fotónico no tiene por qué limitarse al estudio de procesos no explicables con el modelo ondulatorio clásico a los que nos hemos referido en el apartado anterior (efecto fotoeléctrico, efecto Compton, producción de rayos X, radiación del cuerpo negro, espectros atómicos discontinuos de absorción y de emisión, etc.), sino que, combinado con el conocimiento del carácter discreto de la energía de los electrones en la materia (niveles de energía electrónicos), y con la condición de que exista un número máximo de electrones por nivel (ocupación máxima), permite describir cualitativamente a escala microscópica el comportamiento de la luz en otros procesos, a los que nos referimos seguidamente.

Un primer proceso que puede describir exitosamente el modelo fotónico es la absorción de luz por la materia. Cuando fotones de la luz que ilumina un objeto tienen una energía aproximadamente igual a la diferencia de energía entre dos niveles electrónicos de la materia que lo compone, y el nivel superior no tiene ocupación máxima, se puede producir la absorción de fotones acompañada de saltos de electrones desde el nivel inferior al superior. Este proceso se denomina absorción estimulada. La figura adjunta proporciona un esquema elemental de dicho proceso de absorción estimulada: Un fotón con energía hʋ, igual a la diferencia de energía entre dos niveles, E y E* (es decir, tal que hʋ = E*-E) es absorbido y da lugar a un salto electrónico desde el nivel de energía E hasta el nivel de energía E*.

Dificultades del modelo fotónico: Difracción e interferencias. Reflexión y refracción. Polarización.

La descripción de la difracción e interferencias, así como de la reflexión, refracción y polarización de la luz, con el modelo fotónico, pone de manifiesto que los fotones no se comportan como corpúsculos clásicos. Un experimento pionero que puso esto de manifiesto lo realizó Taylor (1886-1975) en 1909 y consistió en fotografiar la sombra esparcida de una aguja en una pantalla, mostrando que era la misma (daba lugar a un mismo patrón de difracción) tanto cuando se usaba luz intensa correspondiente a un gran número de fotones, como cuando, durante mucho más tiempo de exposición, casi tres meses, se usaba una luz tan débil que su energía por unidad de tiempo era, en promedio, menor que la de un fotón. Aunque Taylor no mencionó los cuantos de luz en este trabajo, ni se refirió tampoco al artículo de Einstein  de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico, su experimento se puede considerar el primer ejemplo de evidencia de que los fotones no pueden ser corpúsculos clásicos, ya que si lo fueran nunca darían lugar a esos patrones de difracción e interferencias.  

Interference fringes with feeble light (Artículo original del trabajo de Taylor)

Para terminar este apartado, diremos que, aunque, como se ha visto, el modelo fotónico proporciona una buena descripción a escala microscópica de los procesos en que interviene la luz, esta descripción es, o puramente cualitativa (por ejemplo, en el caso de la difracción e interferencias, donde, como acabamos de ver, el modelo se limita a presentar los resultados experimentales), o sólo parcialmente cuantitativa (por ejemplo, en el efecto fotoeléctrico, el modelo permite calcular la frecuencia umbral la que dicho efecto se puede producir, pero no la tasa de electrones salientes frente a fotones incidentes). Para tener una descripción completa es necesaria una implementación del modelo que corresponda a una Teoría Cuántica, la cual, como se verá al final de este tema, sí es capaz de explicar en forma cuantitativa todos los procesos con luz conocidos experimentalmente y de predecir los resultados de nuevos procesos que se puedan diseñar en el laboratorio.

Sin embargo, y a pesar de que la Teoría Cuántica de la luz (o Electrodinámica Cuántica) nació tan sólo 20 años después del experimento de Taylor y completó su desarrollo formal 20 más tarde (por tanto, antes del inicio de la década de los 60), la interpretación de hechos relativos al comportamiento de la luz (y también de las partículas) ha estado durante mucho tiempo contaminada por un "concepto" que se estableció fuertemente en el periodo de crisis de la física clásica y que, aunque es innecesario mantener en el marco que aporta la Física Cuántica actual, ha perdurado (eso sí, siendo fuente de fuertes controversias) durante mucho tiempo. Nos referimos a la denominada "dualidad onda-corpúsculo", que revisaremos críticamente en los siguientes apartados.