光炮与死星(4)
微波激射器和激光
1953年，加利福尼亚大学伯克利分校的查尔斯·汤斯（Charles Townes）教授和他的同事制造出了一种微波形式的相干射线，它被郑重地命名为微波激射器（Maser，microwave amplification through stimulated emission of radiation，即“通过受激发射实现高效率微波放大”的缩写）。他和俄罗斯物理学家尼科莱·巴索夫（Nikolay Basov）以及亚历山大·普罗科洛夫（Aleksandr Prokhorov）最终在1964年获得了诺贝尔奖。很快，他们的研究成果拓展到了可见光，导致了激光（laser）的诞生（不过，光炮［phaser］是一种因为《星舰迷航》而广为人知的虚构装置）。
要产生激光，先要从一个能够传播激光束的特殊媒介开始，比如特殊气体、水晶或者两极真空管。随后把能量从外界以电力、无线电、光或者化学反应等方式大量注入这一媒介。这一突发的能量涌入会使媒介的原子膨胀，这样电子就吸收了能量，随即跳跃到外层电子壳中。
在这一兴奋、膨胀的状态下，媒介是不稳定的。如果随后将一光束送入这一媒介，光子将和原子一个个发生碰撞，使其突然衰变到一个低水平的状态，在这个过程中释放出更多的光子。这会转而引发更加多的电子释放出光子，最终造成原子一泻千里的衰变，使上万亿、上万亿的光子突然释放到光束中。关键在于，对特定的物质来说，当这一光子的“雪崩”发生时，所有的光子都在共振，也就是说，它们是相干的。
（可以设想成一排多米诺骨牌。多米诺骨牌平躺在桌子上的时候处于它们的最低能态。当它们竖直站立的时候处于一种高能量、膨胀状态，类似于媒介中膨胀的原子。如果你推倒一块多米诺骨牌，便会立即引发所有这些能量的突然崩溃，正如在一束激光中那样。）
只有特定的材料才会“放射激光”，确切地说，只有特殊的材料才会在当一个光子撞击一个膨胀的原子时放射出一个和原先的光子相干的光子。这一相干性带来的结果是，在这场光子的洪流中所有的光子都在共振，制造出和铅笔一样细的激光束（和神话中正相反，激光束并不永远保持铅笔般细瘦。比如，一束向月球上射出的激光会逐渐扩大，直到它制造出一个直径数英里的斑点）。
一个简单的气体激光器是由一管氦气和氖气组成。当电通过管子时，原子被赋予能量。随后，如果能量突然一次性释放，一束相干光就产生了。光束被用两面镜子增强，其中一面搭在另一面的头上，这样光线会在它们之间弹来弹去。一面镜子是完全不透光的，但是另一面可以让光在每一次通过时逸走很小一部分，从而制造出一束从镜子一头射出去的光。
今天，激光随处可见，从杂货店的收银台到传送互联网的光缆、从激光打印机和CD唱机到现代计算机都离不开它。激光也被用于眼科手术、去除纹身、甚至美容院里。2004年有价值超过54亿美元的激光被售出。
