更新时间：作者：小小条
在日常生活中，我们常常能观察到光的折射现象，比如一根直插入水中的筷子看起来是弯的，游泳池底的瓷砖在阳光下呈现出波动的图案。这些都是因为光在传播路径中遇到了不同介质，比如从空气进入水或玻璃时发生了“折射”。折射的现象大家早已耳熟能详，但你是否好奇过：为什么光在折射时速度会发生变化？光不是以光速传播的吗？
水中的铅笔仿佛断了（图片来源：[4]）
光的速度并非“一成不变”
我们常说的“光速”是指光在真空中的传播速度，大约是299,792,458米每秒，通常近似为3×108米/秒，这是自然界中已知最快的速度。然而，这个速度只适用于真空环境。一旦光进入了其他介质，比如水、玻璃或塑料中，它的传播速度就会变慢。
声音和光在不同介质中的传播速度（图片来源：[5]）
举例来说，光在水中的速度大约为2.25×108米/秒，而在玻璃中的速度大约为2×108米/秒。这种速度的变化并不是光“被阻挡”了，而是与光的本质密切相关。
光是波，也是粒子
要理解光速变化的根本原因，必须先认识到光的“波粒二象性”——它既是粒子，又是波。从波动的角度看，光是一种电磁波，由电场与磁场交替振荡、相互垂直并向前传播组成。这种电磁波在不同介质中传播时，会受到介质中电子的影响。
机械波与光波的传播方式（图片来源：[3]）
折射：光速变化的外在表现
当光从一种介质（如空气）进入另一种介质（如水）时，传播速度发生变化，导致光波的方向也发生了偏折，这就是“折射”。这个现象由著名的“斯涅尔定律（Snell's Law）”描述：
其中，n1和n2分别是光在两种介质中的折射率，而θ1和θ2是入射角与折射角。
折射率（n）可以定义为：
其中，c是光在真空中的速度，v是光在该介质中的实际传播速度。
一束光从空气进入水中的情形（图片来源：[6]）
由此可以看出：折射率越高，光速越慢。这就解释了为什么当光从空气进入水中时会折向法线方向：因为水的折射率比空气大（空气约为1.0003，水约为1.33），光速变慢，波长变短，传播方向也随之偏转。
光的速度变慢，是“被拖住”了吗？
当我们说光在水或玻璃等介质中传播速度变慢了，很多人可能会想象成：光被这些物质“挡住”了，就像汽车在泥地里行驶会减速一样。但实际上，光的变慢和“摩擦”或“阻力”无关，它的本质更加微妙。
泥地中行驶的汽车（图片来源：AI生成）
首先我们已经知道，光是一种电磁波，它由电场和磁场交替震动而成，它不像汽车那样有质量，也不会像子弹一样被空气减速。那为什么它进了水或玻璃后速度会变慢呢？
我们可以把光在介质中传播的过程，比喻成“接力赛”——光子在前进时，会和介质里的电子频繁地互动。这些电子在光的电磁场作用下会产生震动，再把能量“传”给下一个区域，就像接力棒在选手之间传递一样。每次这种“吸收-释放”的过程虽然非常短暂，但累计起来就让光整体前进的速度比在真空中慢了下来。
（图片来源：网络）
更有趣的是，在这些短暂的“互动”空隙里，光依然是以真空光速运动的。也就是说，光子本身的移动速度并没有变慢，只是它在前进过程中不断“停下来等待下一棒”，从而拉低了整体的传播速度。
所以说，光在介质中看似被“拖慢”，其实是被材质中的微观粒子频繁打断了节奏。这种现象虽然让它在宏观上变慢了，但并不是被“阻挡”了，而是像在复杂人群中前行，需要不断穿插、等待和协调。
光速变慢带来的其他影响
光速在介质中变慢不仅仅导致了折射，它还引发了许多重要的物理和光学现象：
光的干涉（图片来源：[3]）
三棱镜能把白光分解成彩虹（图片来源：[2]）
由此看来，光的速度并非永远恒定，它会在穿越不同介质时悄然变化，引发折射、色散等丰富多彩的光学现象。这些看似平常的变化背后，蕴藏着深刻的物理规律和无限的工程可能。
参考文献
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/XW8GTTkrIXU_V2k0jM9X_w
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/0gQtSn3_v63kqIb0FxE7uQ
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/lOX72lJUWqSJ2B8677oU5g
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/1-mSZl_3Rz1Vq_FGcQ9y8g
[5]https://brainly.in/question/58787125
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/mHnLKq5yXqglWpqPFC9Rww
[7]https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E6%8A%98%E5%B0%84
版权声明：本文转载于今日头条，版权归作者所有，如果侵权，请联系本站编辑删除