当时的困境
原理早就写好了。1917 年爱因斯坦在推导普朗克辐射定律时指出，除了吸收和自发辐射，还存在第三种过程：一个处在高能级的原子被光子撞上时，会放出第二个光子，与第一个完全同频率、同相位、同方向。这叫受激辐射。
这条理论在教科书里躺了三十多年，没人拿它做成东西。
障碍是热平衡。在通常情况下，处在低能级的原子远多于高能级的——玻尔兹曼分布决定了这一点。光穿过物质时，被吸收的多于被受激放出的，净效果是衰减而不是放大。
要放大，必须让高能级上的原子多于低能级的。这个状态叫粒子数反转，它在热平衡下不可能出现——按玻尔兹曼分布倒推，它对应负的绝对温度。
而且当时也没人特别需要它。1940 年代末真正紧迫的技术需求，是产生更短波长的微波：雷达和波谱学都要用，而电子管做不到毫米波段。
洞见时刻
关键的一步不是把受激辐射算得更准，而是想明白粒子数反转不必靠加热去造。
1951 年春，汤斯意识到可以直接把两种能级的分子在空间上分开：让氨分子束穿过一段不均匀电场，高能级的被聚焦进共振腔，低能级的被偏折出去。腔里于是只剩下能放大的那一群。
这个方案有个漂亮的地方——它绕过了热平衡。热平衡下低能级永远占多数，而分子束根本不处在热平衡里。
1953 年机器造了出来，能工作。汤斯给它起名 maser：受激辐射微波放大。
涟漪效应
下一步是把波长从厘米推到微米。这不是简单缩放——腔的尺寸会远大于波长，能存在的模式多到数不清，增益被摊薄。
1958 年汤斯与肖洛（他的妹夫）发表论文给出解法：用一对相对的反射镜构成开放腔，只有沿轴线来回的那些模式能反复通过增益介质而存活，其余的很快跑出腔外。这个结构今天叫法布里-珀罗腔，是几乎所有激光器的骨架。
1960 年，好几个小组都在争着造出第一台激光器。5 月，休斯实验室的梅曼最先做出了实物：一根红宝石棒，两端镀银，外面绕一支螺旋闪光灯。第一束激光是深红色的。
汤斯 1964 年与苏联的巴索夫、普罗霍罗夫共享诺贝尔奖——后两人独立提出了同样的原理。
激光刚出来时被戏称为「一个在寻找问题的解决方案」，因为没人知道拿它干什么。答案在此后二十年里源源不断地出现。
另一条线是把脉冲压短。连续激光变成纳秒、皮秒、飞秒脉冲，每短一个量级，就有一类此前看不见的过程被拍了下来：1999 年的诺贝尔化学奖给了用飞秒激光拍化学键振动的泽维尔。这条路在 2001 年走到了阿秒——那已经不是激光本身能给的，而要靠强激光在气体里打出的高次谐波。
如果没有它
激光与灯泡的区别不在亮度，而在所有光子步调一致。这带来三个后果：可以聚成极细的束（能量密度极高）、谱线极窄（频率极准）、相干长度极长（能做干涉）。
于是：光纤通信的光源、条码扫描、CD 与蓝光的读取头、激光打印机、金属切割与焊接、白内障与近视手术、皮肤科治疗、激光测距与雷达、原子钟、冷原子实验里用来把原子降到微开尔文的「光学黏胶」。
最极端的一个用途是 LIGO。两条四公里长的真空管臂里跑着激光，用干涉测量臂长差；2015 年它测到的变化约为质子直径的千分之一，那是十三亿光年外两个黑洞并合传来的引力波。
所有这些的起点，是一个人在公园长椅上等餐馆开门的十分钟，以及他没有听从两位诺贝尔奖得主的劝告。