보통 전구의 빛은 원자들이 제각기 아무 때나 내놓은 빛이라 방향도 파장도 위상도 뒤죽박죽입니다. 레이저는 정반대입니다 — 파장이 거의 하나이고, 위상이 맞고, 한 방향으로 곧게 나갑니다. 어떻게 그렇게 만들까요?
열쇠는 1917년 아인슈타인이 예측한 유도방출입니다. 들뜬 상태의 원자 옆으로 빛 알갱이 하나가 지나가면, 그 원자가 «그 빛과 파장·방향·위상이 똑같은» 빛 알갱이를 하나 더 내놓으며 내려옵니다. 하나가 둘이 되고, 둘이 넷이 되는 식으로 복제가 일어납니다.
문제가 하나 있습니다. 보통 상태에서는 낮은 준위에 있는 원자가 훨씬 많아, 빛이 복제되기보다 흡수되어 버립니다. 그래서 들뜬 원자가 바닥 원자보다 많은 상태를 억지로 만들어야 합니다. 이것을 밀도반전이라 하고, 강한 빛이나 전류로 «펌핑»해서 만듭니다.
마지막으로 거울 두 장 사이에 이 물질을 넣습니다. 빛이 왕복하며 계속 복제를 일으키고, 한쪽 거울을 살짝 투과시키면 그리로 레이저 빔이 나옵니다. 1960년 메이먼이 루비 결정으로 처음 작동시켰습니다.
여기서 둘째 걸음 5장이 돌아옵니다. 빛 알갱이는 보손이라 같은 상태에 얼마든지 몰려들 수 있습니다. 전자였다면 파울리 원리 때문에 «똑같은 상태의 복제»가 애초에 불가능했을 것입니다. 레이저가 가능한 근본 이유는 빛이 보손이기 때문입니다.