無線電沒有未來。比空氣更重的飛行器是不可能實現的。X射線將被證明是一場騙局。
——物理學家開爾文爵士，1899年
（原子）炸彈永遠都不會爆炸。我以爆炸物專家的身份宣布。
——海軍上將威廉·李海（William Leahy）
4－3－2－1，開火！
死星是一件巨大的武器，有一整個月球的大小。死星對無助的奧德蘭（Alderaan）行星——萊婭公主的家園直接開火，將它燒成灰燼，使它在一場毀天滅地的爆炸中瞬間迸裂，將行星的殘骸飛濺到整個太陽系中。10億個冤魂在極度痛苦中縱聲尖叫，干擾了整個銀河系的原力感應。
但是，《星球大戰》史詩中的死星武器真的可能存在嗎？這麼一種武器能夠操縱一整排激光炮將整個星球蒸發嗎？天行者盧克（Luke Skywalker）和達斯·維達（Darth Wader）手持用光束製成的光劍能劈開加強型鋼鐵，這又會是真的嗎？鐳射槍，比如《星艦迷航》中的光炮有可能成為未來執法人員和士兵們的新一代武器嗎？
在《星球大戰》中，上百萬的電影觀眾對這些獨創的、了不起的特效讚許有加。可它們在一些批評者看來不值一提，他們嚴厲批評這些特效，宣稱它們非常有娛樂性，但顯然不可能成真。月球大小、能粉碎一個星球的鐳射槍是無稽之談，由凝固的光束製成的刀劍也是一樣，哪怕這些是發生在一個遙遠的星系中——他們反覆叫嚷道。特效大師喬治·盧卡斯（Gee Lucas）這回絕對是玩過頭了。
儘管這或許難以置信，但事實上一束光束中可以注入的原始能量的大小在物理學上並沒有限制。阻礙一個死星或一把光劍產生的物理定律並不存在。其實，能粉碎一個星球的γ射線束存在於自然界中。來自太空深處一場遙遠的γ射線爆裂所造成的劇烈射線爆發緊接著宇宙大爆炸之後製造了一場爆炸。
控制和利用能量束的夢想其實並不新鮮，而是牢牢植根於古老的神話和傳說中。希臘天神宙斯（Zeus）以向凡人釋放閃電而聞名；古代北歐之神托爾（Thor）有一柄魔錘「姆喬爾尼爾」（Mjolnir），可以點燃閃電；而印度天神因陀羅（Indra）因為能用一把有魔力的長矛釋放出能量束而聞名。
使用射線作為武器的概念可能是始於偉大的古希臘數學家阿基米德（Archimedes）。他或許是所有古人中最偉大的科學家，在兩千年前發現了微積分的原始版本，早於牛頓和萊布尼茲（Leibniz）。在公元前214年第二次布匿戰爭（Sed Punic War）中一場對抗古羅馬將軍馬爾賽魯斯（Marcellus）的史詩般的戰役里，阿基米德幫助保衛了敘拉古（Syracuse）王國。據信，他製造出了巨大的太陽反射鏡組，將陽光聚焦到敵艦的船帆上，使它們著火（即使在今天，科學家中對於這是否是一件實際、有效的光束武器仍存在爭論；已有各種各樣的科學家小組試圖再現這一輝煌功績，結果各不相同）。
鐳射槍在1889年隨著威爾斯的經典之作《世界大戰》（War of the Worlds）出現在了科幻小說中。在書中，來自火星的外星人用他們安裝在三腳架上的武器發射熱能束，將城市整個整個地徹底毀滅。第二次世界大戰期間，納粹一直急於在科技上取得最新進展，藉以征服世界。他們試驗了不同形式的鐳射槍，包括一種以拋物面反射鏡為基礎、可以聚集強大音束的音速裝置。
用聚集起來的光束製造的武器隨著007系列電影《金手指》（Goldfinger）進入了公眾的想像世界，這是第一部給予激光重要戲份的好萊塢電影（當這位充滿傳奇色彩的英國間諜被綁在一張金屬桌子上的時候，一道強烈的激光緩緩推進，逐漸熔化了他兩腿間的桌子，令人驚恐地要將他切成兩半）。
物理學家們最初對威爾斯小說中大肆渲染的鐳射槍冷嘲熱諷，因為它們違反了光學定律。根據麥克斯韋方程，我們在自己周圍看到的光會快速消散，並且是非相干的（換言之，這是一團頻率和相位各不相同的雜亂電磁波）。曾經，相干的、聚焦的、均勻的光束——正如我們發現激光所呈現的——被認為是不可能創造出來的。
這一切都隨著量子理論的到來而改變了。在20世紀之初，儘管牛頓的定律和麥克斯韋的方程極為成功地解釋了行星的運動和光的行為方式，但它們很明顯無法解釋一整類現象。它們不幸未能解釋為什麼材料可以導電，為什麼金屬會在特定的溫度下熔化，為什麼氣體被加熱後會放射出光，為什麼某些材料會在低溫下成為超導體——這些全都需要對於原子內部動態的了解。進行一場革命的時機成熟了。歷時250年的牛頓物理學將被推翻，宣告一種新物理學即將誕生。
1900年，馬克斯·普朗克（Max Plank）在德國提出能量並不像牛頓所認為的那樣是連續的，而是在小型的、截然分開的單位中發生的，這些單位稱作「量子」（quanta）。隨後，愛因斯坦在1905年假設光是由這些微型單位（或稱量子）組成的，後來它們被命名為「光子」（photon）。有了這一強有力卻很簡單的想法，愛因斯坦得以解釋光電效應：為什麼將一道光照射在金屬上的時候電子會釋放出來。今天，光電效應和光子組成了電視、激光、太陽能電池和大量現代電子設備的基礎。（愛因斯坦的光子理論具有很強的革命意義，甚至連馬克斯·普朗克——一貫是愛因斯坦的忠實支持者，一開始也不能相信它。關於愛因斯坦，普朗克寫道：「他有時候可能沒有命中目標……比如說，他的光量子假設，這真的不能怪他。」）
後來，在1913年，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾給了我們一幅全新的原子圖，看上去像是一個微縮版的太陽系。但是，和太空中的太陽系不同，電子只能在互不相干的軌道中或者原子核周圍的殼中移動。當電子從一個殼「跳躍」到一個較小的、能量較少的殼中，會釋放出一個光子的能量。當一個電子吸收了一個光子的離散能量，它會「跳躍」到一個具有較多能量的較大原子核殼中。
一項幾乎完整的原子理論在1925年出現，與之伴隨的是量子力學和埃爾文·薛定諤（Erwin Schrodinger）、韋納·海森堡（Werner Heisenberg）的研究成果以及許多其他影響深遠的研究的到來。根據量子理論，電子是一種粒子，但是有波與其相聯繫，使它既有粒子的屬性也有波的屬性。這樣的波遵守一個方程，名叫薛定諤波動方程（Schrodinger wave equation），它使我們得以推算原子的性質，包括一切玻爾假設的「跳躍」。
1925年以前原子還被認為是神秘的事物，許多人——比如哲學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach），覺得它可能根本不存在。1925年以後，我們能夠真實地深入觀察原子的動態，並且精確地預測其性質。令人吃驚的是，這意味著如果擁有一台足夠大的計算機，你就可以用量子理論的定律得出化學元素的性質。用同樣的方法，牛頓物理學家們如果有一台足夠大的計算機器，就可以計算出宇宙中所有天體的運動。量子物理學家們宣布，他們理論上可以計算出宇宙中一切化學元素的性質。如果某人擁有一台足夠大的電腦，他同樣可以寫出整個人類的波函數（wave fun）。
1953年，加利福尼亞大學伯克利分校的查爾斯·湯斯（Charles Townes）教授和他的同事製造出了一種微波形式的相干射線，它被鄭重地命名為微波激射器（Maser，microwave amplification through stimulated emission of radiation，即「通過受激發射實現高效率微波放大」的縮寫）。他和俄羅斯物理學家尼科萊·巴索夫（Nikolay Basov）以及亞歷山大·普羅科洛夫（Aleksandr Prokhorov）最終在1964年獲得了諾貝爾獎。很快，他們的研究成果拓展到了可見光，導致了激光（laser）的誕生（不過，光炮［phaser］是一種因為《星艦迷航》而廣為人知的虛構裝置）。
要產生激光，先要從一個能夠傳播激光束的特殊媒介開始，比如特殊氣體、水晶或者兩極真空管。隨後把能量從外界以電力、無線電、光或者化學反應等方式大量注入這一媒介。這一突發的能量湧入會使媒介的原子膨脹，這樣電子就吸收了能量，隨即跳躍到外層電子殼中。
在這一興奮、膨脹的狀態下，媒介是不穩定的。如果隨後將一光束送入這一媒介，光子將和原子一個個發生碰撞，使其突然衰變到一個低水平的狀態，在這個過程中釋放出更多的光子。這會轉而引發更加多的電子釋放出光子，最終造成原子一瀉千里的衰變，使上萬億、