量子 ─ 其他補充

雷射

在熱力學平衡下，大部分的原子會待在能量最低的基態。如果給它能量（例如光子），它會「吸收 (Absorption)」能量跳到高能階。但它不會待太久，很快就會自己掉下來，並隨機放出一顆光子，這叫「自發輻射 (Spontaneous emission)」。

不過這個算法會只能符合Wien’s radiation law，而不是Planck’s radiation law。

於是愛因斯坦引入另外一個機制，如果一顆原子已經在高能階 ($E_2$)，這時剛好有一顆能量完全吻合 ($hf = E_2 - E_1$) 的光子經過它，這顆外來光子會「誘發」原子掉下來，並釋放出第二顆光子。且這兩顆光子會有相同的頻率、相同的相位、而且往同一個方向前進。 這個過程就叫做「受激輻射 (Stimulated emission)」。

這就是雷射的原理(LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)，外來一顆光子變兩顆，兩顆變四顆，放大了。

如果我們把這個概念鎖定在一個兩面鏡子的共振腔，一面全反射，一面可以一點透光，那麼光子在裡面就可以來回反射，引起原子的受激輻射(在之前會需要先把原子都升到高能)，最後從透光的那面出來，就會是

• 單向性：雷射光平行，發射角小，可以射得遠不散開。
• 高強度：光子高度集中，小功率的亮度比太陽光亮。
• 單色性：特定能階的躍遷產生，所以頻率單一。
• 同調性：極致聚焦，不會因為相位混亂而散開。

我們所謂的雷射刀手術就是利用這個概念，因為特定頻率就可以對特定分子鍵做處理(切斷)，就像是一般我們切東西是靠機械應力去斷開分子結構。