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到目前为止，我们提到的激光源都是人创造出来的，然而宇宙中的激光源实际上早就存在，只等慧眼来识别，而最早具有这双慧眼的还是Towns先生以及他的同事们（Towns先生后来转向了研究星系中气体团的物质成分）。一般来说，天文学家都是通过观察光谱中的吸收谱线来判断光线所经过区域的物质成分，但是Towns先生在他的一次观测中，发现本来应该是被吸收掉的某一种频率的光反而得到了很大的加强。凭着他对Maser和Laser的深入理解，Towns先生很快就意识到，这一定是一种激光发射的过程。但是，难道造物主不知从哪儿买了两面硕大的镜子，相隔几万光年摆好了，然后再把一些发光的气体团放在里面吗？这个可能性比较低。Towns先生的理论是，这些气体中的分子被宇宙射线激发到了高能级状态，而且由于气体团的尺寸巨大，根本无需反射，一个光子也要在发光气体中经过漫长的（以光年计）的路程，诱发很多次的受激辐射，从而产生很强的激光。由于没有反射镜，这种激光向四面八方均匀地发射着（这种所谓的3D激光是激光领域的一个研究前沿，更多详情请搜索“Beyond The Beam:A History of Multidimensional Lasers”）。我们应该感谢造物主，如果他真的弄两面镜子，使得这些激光朝向地球发射，那也许是人类的一场灾难。
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激光还有许多有趣的性质，比如它具有极佳的相干性，这些我们都留待后面的实验与制作中去慢慢探索和品味了。
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[1].参见费曼《QED: The Strange Theory of Light And Matter》。
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[2].这个常数叫作普朗克常数，用h表示，h=6.63×10—34 J·s。频率的单位是1/s，所以h乘以频率等于能量。一个红光光子的频率大约是4.7×1014 1/s，所以其能量约为3.1×10—19 J，的确是很微弱的一束光啊！
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[3].参见Charles Townes《How the laser happened》中译本《激光如何偶然发现》。
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[4].注意，大部分这种廉价的激光笔都是可以工作的，但是很有可能当你第一次把电池塞进去时，它似乎不发光，而且笔杆变得很热。我就碰到过几次这样的情况。读者不用担心，这只是因为短路，电池的正负极被笔筒（一般是铜质的）直接连在了一起。读者只需仔细查看，找出笔内短路的那一点，很快就能让激光笔重获新生了。
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） [:1701074927]
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） 3 沿弧线传播的光
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一分钟简介
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本章，我们通过把糖溶解在水中制造出一种‘神奇’的溶液，使一束激光通过它时，不再沿直线传播，而是划出一道美丽的弧线。通过仔细研究这道弧线，我们可以推测出糖分子在水中不同高度分布的规律，并用热力学理论中著名的‘波尔兹曼分布’来进行实验数据的拟合。我们还能看到光的偏振在这里又有特别的‘才艺展现’。
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闲话基本原理
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我上初中时，物理老师在讲到光沿直线传播的时候喜欢举例说：“如果光不沿直线传播，那厕所里还能呆人吗？”于是我们认识到了光沿直线传播的重要性。但是光总是沿直线传播吗？很显然不是。光在空气和水的表面会发生折射是我们熟悉的场景，但是我们也可以说光还是沿着直线传播的，只不过，当这条直线遇到空气和水交界处时弯折了一下。在空气和水中光线还是分别沿直线传播的，如图3.1所示。
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图3.1 光在空气和水交界处发生弯折
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有什么办法让光沿弧线传播呢？
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让我们仔细研究一下图3.1所描述的现象。从高中物理课中我们知道，由于水的折射率比空气的折射率大（空气折射率约为1，水折射率约为1.3），光线进入水中时会向下弯折，而且有公式：
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这个公式的推导可以在光学书上找到，但是令我印象深刻的还是高中老师打的一个比方，他说光的折射就像是拉一辆两轮车斜着从水泥地跑到沙坑里。先入沙坑的那个轮子速度迅速降低，所以两轮车的运动方向就会改变。这个过程和光的折射是非常类似的。
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设想一下，如果我们在水的下面放置另外一种物质，它的折射率比水更高，比如玻璃（折射率1.5），则光线在水和玻璃的交界面会发生另一次折射。如果我们有很多层物质，每往下一层折射率就高一点，这样光线就会沿着一条多边折线传播了，如图3.2所示。
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图3.2 光线沿着多边折线传播
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更进一步，设想图3.2中每一层物质的厚度变得很薄，那么，这条多边折线的每一段都很短，最终趋向于一条光滑的弧线。这就像微积分中“化曲为直”的思想，弧线可以用无数条极短的直线来代表。