互聯(lián)網(wǎng)上有兩種常見(jiàn)的錯(cuò)誤解釋?zhuān)?/p>

1.光在介質(zhì)的原子之間折射，導(dǎo)致其實(shí)際穿越的路線變長(zhǎng)，所以花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，因而看似“變慢”了。

2.光被介質(zhì)的原子吸收并重新發(fā)射，這需要花費(fèi)時(shí)間，所以看似“變慢”了。

注意：以上兩種理解都是錯(cuò)誤的??！即使它們聽(tīng)上去十分符合邏輯。在實(shí)際中，光射入和射出介質(zhì)角度都會(huì)發(fā)生改變，但射入的路徑于射出的路徑一定是平行的。射入射出路徑保持平行在以上兩種解釋成立的條件下是不可能發(fā)生的。

光在介質(zhì)中變慢真正的原因是因?yàn)楣馐且环N震蕩的電磁波。當(dāng)震蕩的電磁波射入介質(zhì)后，會(huì)對(duì)帶電荷的電子產(chǎn)生一個(gè)力的作用，引起電子的感應(yīng)震蕩。電子的這種感應(yīng)震蕩會(huì)形成一個(gè)新的電磁場(chǎng)，這個(gè)新電磁場(chǎng)會(huì)與原本入射光的電磁場(chǎng)發(fā)生重疊(superposition)，這個(gè)重疊的波的傳播速度會(huì)小于光速。當(dāng)光離開(kāi)介質(zhì)后，它的電磁波不再受到介質(zhì)中的感應(yīng)電磁波影響，superposition消失了，所以它恢復(fù)光速。

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)。實(shí)驗(yàn)科學(xué)的核心指導(dǎo)思想就是：觀察自然界中的某種現(xiàn)象-->提出假設(shè)嘗試解釋這種現(xiàn)象，并基于這個(gè)假設(shè)作出預(yù)測(cè)(make predictions)-->通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果(experimentally verify predictions)。根據(jù)這個(gè)思路我們?cè)倩仡^看看原始問(wèn)題。

自然現(xiàn)象：光射入介質(zhì)后速度變慢，射出后速度恢復(fù)c

假設(shè)1：將光看作一種粒子。光在介質(zhì)的原子之間折射，導(dǎo)致其實(shí)際穿越的路線變長(zhǎng)，所以花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，因而看似“變慢”了。該理論預(yù)測(cè)光會(huì)按以下路徑傳播：

假設(shè)2：將光看作一種粒子。光被介質(zhì)的原子吸收并重新發(fā)射，這需要花費(fèi)時(shí)間，所以看似“變慢”了。該理論預(yù)測(cè)光會(huì)按以下路徑傳播：

假設(shè)3：將光看作一種波。根據(jù)電磁波與感應(yīng)電磁波的互相干涉可預(yù)測(cè)光會(huì)按照以下路徑傳播:

實(shí)驗(yàn)：任何有激光筆的同學(xué)都可以做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)你觀測(cè)到的是假設(shè)3預(yù)測(cè)的結(jié)果，而不是假設(shè)1和2預(yù)測(cè)的結(jié)果。所以，假設(shè)1和2被推翻。

那問(wèn)題來(lái)了，你說(shuō)假設(shè)1和2被推翻就意味著否定光的波粒二相性？不是這樣的。實(shí)際中，射入介質(zhì)的光的確會(huì)有極小一部分發(fā)生了對(duì)稱(chēng)方向的折射和被吸收/重發(fā)射，但這個(gè)比例非常非常小，所以肉眼根本觀察不到。所以如果我們把光看作一種粒子，那么當(dāng)>99.99%的光子并不是因?yàn)榧僭O(shè)1和2中所描述的原理而“變慢”的，而卻要說(shuō)假設(shè)2是所有光子“變慢”的原因，這就是錯(cuò)誤的。

下面從電磁波的角度詳細(xì)解釋一下：

首先說(shuō)結(jié)論：光或者說(shuō)電磁波的速度可以分為三種，相速度，群速度和波前速度。而在介質(zhì)中，光的相速度可以小于c，也可以大于c（但這里的相速度不傳遞信息）。光的群速度通常是小于c（極端情況這里不考慮），而光的波前速度等于c。

藍(lán)點(diǎn)是相速度，綠點(diǎn)是群速度，紅點(diǎn)是波前速度（所有動(dòng)圖來(lái)自維基百科，侵刪）。

以下的討論都是根據(jù)電磁學(xué)的角度，把光單純當(dāng)作電磁波來(lái)討論的，如果把光的量子性考慮進(jìn)來(lái)，結(jié)論雖然是一樣的，但是就會(huì)有完全不同的理解了。

高中有學(xué)過(guò)光的折射，知道光在水中或其他介質(zhì)中有折射率n，而光在其中的速度v=c/n，是要小于真空中的光速的，但其實(shí)這個(gè)過(guò)程要比高中講的要復(fù)雜的多。

我們先用電磁學(xué)的角度來(lái)看待折射率。

我們知道對(duì)于一列波，比如光波，它的速度v=波長(zhǎng)λ/周期T。通常這個(gè)結(jié)論是正確的。但我們要知道，這里我們所求得的波速是波的相速度。

而對(duì)于一列真空中的光波，它運(yùn)動(dòng)的速度和它的相速度是相等的。

相速度反應(yīng)的是一列波波峰或者波谷的運(yùn)動(dòng)速度。

但是，有一些情況下，波的相速度和它的運(yùn)動(dòng)速度就沒(méi)有關(guān)系了。

紅色的波是兩列相反方向運(yùn)動(dòng)的波的疊加，我們可以看出來(lái)它的相速度為零和兩列波的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。

這是一列從左相右運(yùn)動(dòng)的波，可是我們可以看到，它的相速度是相反的從右向左運(yùn)動(dòng)。

回到光的折射率里來(lái)，v=c/n求出來(lái)的速度是光的相速度。在真空里，一列光波的運(yùn)動(dòng)速度和相速度都為c，而到了水里，這列光波的相速度變?yōu)榱诵∮赾的v，但是我們知道，相速度并不能完全代表一列波的運(yùn)動(dòng)。

不同頻率的電磁波，在相同介質(zhì)里的折射率也是不一樣的，這就是為什么三棱鏡可以把日光發(fā)散成不同顏色的光。

大多數(shù)情況下，折射率n都是大于1的，而在特殊情況下n是可以小于1的，這就代表了這時(shí)候

但是，這里的相速度并不能攜帶信息，所以并沒(méi)有違反相對(duì)論。實(shí)際上，雖然這列電磁波的相速度大于了c，但是它從A出發(fā)，到達(dá)B所用的時(shí)間還是要大于T=L/c的，就是說(shuō)它的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度還是要小于等于c。

折射率是怎么來(lái)的呢？從電磁學(xué)的角度可以這樣理解。

當(dāng)沒(méi)有介質(zhì)的時(shí)候一列電磁波從A點(diǎn)出發(fā)到達(dá)B點(diǎn)是，A和B之間軸線上的電磁波可以看作是這樣的。

而當(dāng)有了介質(zhì)之后，構(gòu)成介質(zhì)的物質(zhì)里包含了帶點(diǎn)的電子和質(zhì)子，它們會(huì)受到電磁波的影響而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)又進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生電磁波，所以這時(shí)候軸線上的電磁波包括了原本的電磁波再加上帶電粒子運(yùn)動(dòng)感應(yīng)出來(lái)的電磁波的疊加。

而根據(jù)數(shù)學(xué)的計(jì)算可以得知（具體推導(dǎo)可以看費(fèi)曼物理學(xué)講義第一冊(cè)31章），這個(gè)疊加而成的電磁波會(huì)是如圖，相當(dāng)于是電磁波的相速度在介質(zhì)里變成了比c小的v，而折射率n=c/v.

但是，如果你把介質(zhì)中的電磁波放大了看，會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)這個(gè)時(shí)候已經(jīng)是有光波到達(dá)了B點(diǎn)的，我們把電磁波最前方點(diǎn)的速度叫做波前速度，而這個(gè)波前速度其實(shí)是依舊等于真空中的光速c的。

一個(gè)由許多波疊加而成的波包，圖中藍(lán)點(diǎn)是相速度，綠點(diǎn)是群速度，紅點(diǎn)是波前速度。群速度相當(dāng)于就是這個(gè)波包的運(yùn)動(dòng)速度。

我們從A發(fā)射一個(gè)光信號(hào)到達(dá)B，這個(gè)光信號(hào)就可以看作是一個(gè)波包。

當(dāng)有了介質(zhì)的時(shí)候，這個(gè)波包的波前速度還是和原來(lái)的速度c一樣，而這個(gè)波包的群速度變得比之前的速度要小，正常情況下相速度和群速度一樣也變得小于c，但是在一些極端情況下，相速度可以變的大于c甚至可能等于零。

這就是一個(gè)光信號(hào)在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的電磁學(xué)的解釋。

以上是用電磁波的角度來(lái)看待折射率的問(wèn)題。