През 1913 г. датският физик Нилс Бор дава на света съвсем нова визуална представа за атома — представа, която прилича на миниатюрна слънчева система. Но за разлика от една слънчева система в открития космос електроните могат да се движат само в отделни орбити или слоеве около ядрото. Когато електроните „скачат“ от един слой в по-тънък слой с по-малко енергия, те излъчват един фотон енергия. Когато един електрон погълне фотон с отделна енергия, той „скача“ към по-дебел слой с повече енергия.
Теорията за атома става почти завършена през 1925 г. с появата на квантовата механика и революционния труд на Ервин Шрьодингер, Вернер Хайзенберг и някои други учени. Според квантовата теория електронът е частица, но той има вълна, която е свързана с него, давайки му и частичкоподобни, и вълноподобни свойства. Вълната се подчинявала на едно уравнение, наречено „вълново уравнение на Шрьодингер“, което дава възможност на хората да изчисляват свойствата на атомите, включително всичките „скокове“, постулирани от Бор.
Преди 1925 г. атомите все още били смятани за мистериозни обекти, които според мнозина учени като философа Ернст Мах нямало как да съществуват. След 1925 г. човек можел наистина да надзърне дълбоко в динамиката на атома и действително да предсказва неговите свойства. Смайващо, но това означава, че ако разполагате с достатъчно мощен компютър, бихте могли да извлечете свойствата на химичните елементи от законите на квантовата теория. По същия начин, по който Нютоновите физици можели да изчислят движението на всички небесни тела във Вселената, ако притежавали достатъчно мощна изчислителна машина, квантовите физици твърдели, че биха могли по принцип да пресметнат всички свойства на химичните елементи във Вселената. Ако човек разполага с достатъчно мощен компютър, той би могъл и да опише вълновата функция на цяло човешко същество.
През 1955 г. професор Чарлс Таунс от Калифорнийския университет в Бъркли и неговите колеги генерирали първото кохерентно излъчване под формата на микровълни. То било кръстено „мазер“ (и ставало дума за микровълново увеличаване чрез стимулирано излъчване на радиация). Той и руските физици Николай Басов и Александър Прохоров накрая щели да спечелят Нобеловата награда през 1964 година. Скоро те разширили обхвата си върху видимата светлина, създавайки лазера. (Фазерът обаче е измислено устройство, популяризирано в „Стар Трек“.)
Когато става дума за лазер, започвате със специална междинна среда, която ще предава лазерния лъч. Става дума за специален газ, кристал или диод. След това напомпвате енергия в тази междинна среда отвън, под формата на електрически ток, радиовълни, светлина или химична реакция. Този внезапен прилив на енергия активизира атомите в междинната среда, затова електроните поглъщат енергията и после скачат във външните електронни слоеве.
В това възбудено състояние междинната среда е нестабилна. Ако човек изпрати светлинен лъч през междинната среда, фотоните ще ударят всеки атом, карайки го да падне изведнъж на по-ниско равнище, отделяйки по време на този процес още фотони. Това на свой ред принуждава още повече електрони да отделят фотони, създавайки накрая водопад от падащи атоми, като трилион трилиони фотони изведнъж бъдат изпуснати в лъча. Ключът към разбирането на процеса е, че при определени вещества, когато тази лавина от фотони се стовари, всичките фотони вибрират в унисон, т.е. те са кохерентни.
(Представете си редица от плочки на домино. Плочките в своето най-ниско енергийно състояние лежат по гръб на масата. Плочките във високоенергийно състояние са изправени вертикално подобно на напомпаните атоми в междинната среда. Ако бутнете една плочка, можете да предизвикате внезапен колапс на цялата тази енергия незабавно, точно както става в лазерен лъч.)
Само определени материали ще „лазират“, т.е. само в специални материали, когато един фотон удари напомпан атом, ще бъде излъчен фотон, който е кохерентен с първоначалния фотон. В резултат на тази кохерентност в пороя от фотони всички фотони вибрират в унисон, генерирайки тънък като молив лазерен лъч. (Противоположно на мита, лазерният лъч не остава завинаги тънък като молив. Лазерен лъч, изстрелян към Луната например, постепенно ще се разширява, докато създаде петно с диаметър от няколко мили.)
Един обикновен газов лазер се състои от тръба с газовете хелий и неон. Когато през тръбата бъде пуснат електрически ток, атомите се захранват с енергия. След това, ако цялата енергия бъде излъчена изведнъж, се генерира лъч от кохерентна светлина. Лъчът бива уголемен с използването на две огледала, като на всеки от двата края е поставено едно от тях, така че лъчът отскача назад-напред помежду им. Едното огледало е напълно непрозрачно, но другото позволява на съвсем малко количество светлина да избяга при всяко преминаване, генерирайки по този начин лъч, който изскача от единия край.