光，由跳變所造、也由跳變所滅
你見過的幾乎每一束光——蠟燭、太陽、霓虹燈、你的手機螢幕——都誕生於原子在能級之間的跳變。一個原子可以停在一架固定的能級「梯子」的任意一格上，這些格子有確定的高度，格與格之間是被禁止停留的間隙。當原子從高的一格掉到低的一格時，它失去的能量必須有個去處，於是這能量以一個單獨的光的小包裹的形式離開：一個光子。這個光子的顏色，恰好由那一「級」能量台階的大小決定——大幅下落給出藍光，小幅下落給出紅光。
反過來運行，你就得到吸收。一個能量恰到好處的光子，可以被一個原子「吞下」，從而把它從低的一格抬到高的一格。這種匹配很挑剔：只有能量恰好等於某個間隙的光子才會被接納。正因如此，每一種原子都會在穿過它的任何光上，印下一道由若干銳利譜線構成的、獨一無二的「條碼」——它的原子光譜。在星光裡讀出這道條碼，你就能叫出一顆你永遠不會造訪的恆星裡的元素之名。
為什麼一個孤零零的原子也會發光
這裡有個謎題，前面幾篇已經為它做了漂亮的鋪墊。黃金法則說，一個處於能量態的系統，若被完全獨處，永遠不會跳——它需要一個輕推。那麼，一個被激發的原子，待在一片漆黑裡、周圍沒有任何東西去戳它，為什麼最終還是會自己掉下來、發出光呢？這就是自發輻射，長久以來它看上去像是這條法則裡一個貨真價實的「漏洞」。
謎底是物理學中最可愛的想法之一：空蕩蕩的空間並非真正空無一物。 即便是完美的黑暗，也嗡嗡地顫動著電磁場那微弱而無法消除的「抖動」——這是真空本身的不安分。原子從不曾真正孤單；這些無處不在的抖動，正好提供了黃金法則所要求的那一絲輕推。所以自發輻射根本不是法則的例外；它正是黃金法則被應用到「一個正被量子真空親自撓癢」的系統上。原子之所以發光，是因為虛空不肯安靜下來。
受激輻射：用光造出更多的光
還有第三種過程，正是它永遠地改變了技術。設想一個原子已經被激發，這時一個顏色恰好對的光子從旁飄過。這個經過的光子不會被吸收，反而能誘使原子*此刻就*掉下來——而原子發出的那個光子，會作為觸發它的那個光子的完美孿生體出現：同樣的顏色、同樣的方向，步調一絲不差。這就是受激輻射：進去一個光子，出來兩個一模一樣的光子。愛因斯坦早在 1917 年就純粹憑一個自洽性論證推斷出它必然存在，比任何人造出利用它的裝置都早了幾十年。
現在你能看出那場連鎖反應了。兩個孿生光子可以各自再觸發出兩個，然後是四個、八個——一場由一模一樣的光子構成的雪崩，全都是同一種顏色、全都步調一致。這場雪崩就是雷射，而 LASER 這個詞，字面上就是「透過受激輻射實現光放大（light amplification by stimulated emission of radiation）」的首字母縮寫。每一台雷射器，從超市的掃碼器到外科手術設備，靠的都是本段所描述的這一個量子過程。
ABSORPTION : photon in + atom(low) -> atom(high) [light eaten] SPONTANEOUS : atom(high) -> atom(low) + photon [random twin-less photon] STIMULATED : photon in + atom(high) -> atom(low) + 2 identical photons [light cloned]
如何造一台雷射器，以及最後的回望
有一個麻煩，讓雷射器很難造。一個經過的光子，被一個處在低處的原子*吸收*，和被一個處在高處的原子*克隆*，對它來說是同樣樂意的兩件事。在普通物質裡，大多數原子都待在低處，於是吸收占了上風，任何雪崩都會熄火。要獲得放大，你必須設法讓被激發的原子比放鬆下來的原子還多——這是一種頭腳倒置、違反自然傾向的狀態，叫做粒子數反轉。透過把能量泵入的速度調得比原子釋放能量的速度還快，來製造出這種反轉，正是每一台雷射器的核心戲法。
退後一步，欣賞一下這一個想法把我們帶出了多遠。這一級階梯，我們從單獨一條原理出發——在兩次測量之間，量子態在能量的引導下平滑地流動。由它，引出了么正演化與傳播子；由一個小擾動，引出了費米黃金法則及其選擇定則；再把這一切應用到原子和那不安分的真空上，便引出了光的發射與吸收——那支蠟燭、那道為恆星「按指紋」的光譜，以及雷射。原來，量子力學那安靜、守規矩的一面，正是點亮整個世界的那一面。