Estudiar que es un láser es repasar los avances de la humanidad en el conocimiento de los fenómenos naturales los últimos 200 años.
El láser es un logro en la manipulación humana de la fuerza electromagnética.
Las fuerzas electromagnéticas evitan que la gravedad nos lleve al centro de la Tierra, su manifestación son las cargas eléctricas que definen cada objeto, las cargas iguales se rechazan, las diferentes se atraen y se equilibran las cosas que podemos tocar.
Cuando el equilibrio de cargas de un cuerpo se pierde, los electrones van hacía el sitio en donde hay menos y tendremos manifestaciones eléctricas como los rayos y las chispas. Por convención, llamamos carga positiva cuando existe un defecto de electrones y negativa cuando hay exceso de electrones. Las cargas generan a su alrededor espacios con actividad electromagnética que llamamos campos, que cuando tienen contacto entre sí, chocan y generan ondas en el espacio. El espectro de ondas que manipulamos se encuentra entre las ondas de radio de varios metros hasta los rayos gamma. Las fuerzas electromagnéticas no actúan dentro del núcleo del átomo, allí gobiernan otras fuerzas, unas que vencen la repulsión eléctrica entre protones y otras fuerzas que tienen masa y tienen su propio campo (Hicks) .
Maxwell conceptuó el electromagnetismo como el resultado del movimiento de campos por cargas, predijo además que, las ondas viajaban a la velocidad de la luz.
El hombre tuvo entonces, la necesidad de encontrar hasta cuando y donde se desplazaría una onda de luz y fue necesario llegar a un concepto abstracto, la energía, la fuerza vital que hacía que se desplazara una onda en contra de un medio ocupado por muchos campos .
Einstein formuló la teoría de la relatividad para explicar el movimiento de la materia y sus relaciones con la fuerza electromagnética, aplicó las leyes mecánicas a las ondas electromagnéticas considerando la velocidad de la luz como la máxima posible en un medio ideal, sin interferencias y según el tiempo para el observador de la medición. La inclusión de sucesos en las fórmulas colocaba la variable de la velocidad de la luz con valor estable y asi se posibilitó experimentos a valores comparables.
Que la energía se conservaba, se entendía desde la mecánica, al observar que algo que era capaz de producir movimiento gastaría una fuerza equivalente a la que generara. Galileo ya había encontrado una constante no relacionada a la masa en sus estudios sobre la caída de los objetos y esto lo toma Leibniz con su planteamiento de la vis viva ,» fuerza viva» con una ecuación que relacionaba energía igual a su masa por su velocidad al cuadrado, Descartes, no la elevaba al cuadrado. Se hablaba ya de tiempo, al considerar la velocidad, pero no se contaba con un valor de referencia que lo incluyera. Einstein cambia el concepto a tiempo relativo al observador.
Planck había establecido que la manera como la energía y la materia se interelacionaban estaba relacionada a una constante que, aparecía como la única manera de explicar que la energía saltara en niveles según la frecuencia de las ondas, para explicar el cambio del color de la luz que emite un metal a diferentes temperaturas.
Einstein postuló los fotones, corpúsculos portadores de luz sin masa.
Einstein explicó los hallazgos de Hertz con relación al fenómeno fotoeléctrico. Hertz había observado que la adición de luz ultravioleta a un estímulo eléctrico producía luz a partir de un metal de forma inmediata. Einstein, basado en la constante postulada por Planck, propuso que para que la energía se conservara, tendría que suceder que, la energía con la cual salen expelidos los electrones del metal, debería ser igual a la energía que aportan los fotones que llegan, menos la energía necesaria para extraer un solo electrón del material. O sea, lo que se obtiene en luz depende de la energía según la frecuencia de la onda incidente. Ambos valores eran así medibles y en 1916 Millikan comprueba el valor de la constante de Planck, quedando así definido que los valores de energía cambian de acuerdo a la frecuencia de la onda en saltos de energía.
El modelo que se concebía del átomo cuando Einstein, formula la teoría de la relatividad era el de un pudín con pasas. Los electrones eran las pasas con carga negativa, el núcleo no había sido descubierto, hacía parte del pudín con carga positiva. El átomo permanecía en equilibrio en número de sus cargas. Una vez descubierto el núcleo, Rutherford nos llevó a un modelo planetario al cual, Bohr le asignó niveles energéticos, pero sobre todo, existían umbrales energéticos para hacer cambiar de nivel energético al electrón y este mientras lo mantuviera, era estable y por tanto, su tendencia era regresar a su nivel, liberarando la energía ganada emitiendo luz. El modelo de Bohr explicaba bien la espectroscopia del átomo de hidrógeno, recién descubierta, pero creaba la dificultad de asociar carga y posición de un electrón, la carga se podía medir pero no aparecía el electrón.
El modelo planetario tan sencillo, se convirtió en una nube en donde no se sabía la posición del electrón en un momento dado. Apareció Louis de Broglie quien planteó un ejemplo de simetría para relacionar masas y ondas. La doble naturaleza de las partículas subatómicas tanto ondular como a grandes velocidades, también tener un comportamiento corpuscular, llevaba a la concepción de que los electrones viajaban como ondas y llegaban como partículas. De Broglie había trabajado con ondas estacionarias que son como las de las guitarras, en donde cambian las notas según números enteros y esto lo asoció a los niveles cuánticos del átomo Bohr, explicando su estabilidad pues, como ondas estacionarias no emiten energía, la mantienen y la frecuencia de la onda se relacionaría con una constante, la masa y la velocidad del electrón. Una explicación intermedia para dar estabilidad al modelo de Bohr que fue la base para encontrar a electrón.
Schrödinger llevó la formulación de Broglie a términos de probabilidades, para ubicar la onda del electrón y obligándonos a cambiar la interpretación que tendríamos que hacer de estas ondas probabilísticas, iguales a las otras pero, reconstruidas en pedacitos. Y aunque, cuando no sabemos algo acudimos a la probabilidad, es cierto que cuando tenemos casi toda la información en un mismo sistema, esta sube al 100 % de certeza. La longitud de onda se relacionó entonces, en probabilidades, con una constante dividida por la masa y su velocidad para que pudiésamos ver las estructuras subatómicas, se pudo así manipular electrones aumentando su velocidad con fuerzas magnéticas, para conseguir ondas cada vez más pequeñas y así llegamos al microscopio electrónico y todos los otros sistemas de generación de protones y neutrones.
Einstein inventa el láser
El mismo Einstein pudo explicar el equilibrio sostenido de una emisión de luz a partir de la presencia de una repetición de estímulos que multiplicarían fotones, en lo que describió como emisión estimulada. Un electrón subiría a un nivel superior de energía cuando ganara un valor de energía suficiente y liberarla para regresar a su nivel básico pero, si es excitado antes de decaer, ocurriría un fenómeno de multiplicación pues, el electrón de todas maneras decae pero libera dos fotones. No gana otro nivel. Su ecuación de un láser, la posibilidad de obtener una luz más pura y potente, se hizo realidad con Theodore Maiman en el año 1960, cinco años después de la muerte de Einstein.