折射

看看插在水杯裡的一根吸管，它彷彿在水面處折斷並彎曲了，即使吸管其實筆直。游泳池看起來總是比實際淺。這兩種錯覺之所以發生，是因為光從一種透明材料穿進另一種材料時會改變方向。這種彎折就叫折射，它回答的問題是：光從空氣進入水或玻璃時，為什麼不乾脆一直走直線？

原因是光在不同透明材料中以不同的速度前進，在空氣中快、在水中慢、在玻璃中更慢。當一道光線斜著碰到交界面時，光束的一側會比另一側先進入較慢的材料，於是光束轉了向，就像行進樂隊在一側步伐變小時整排轉彎一樣。精確地說：光進入一個會使它變慢的材料時，會朝法線（表面的垂線）偏折；離開時若加速，則會偏離法線。彎折的確切程度由司乃耳定律給出，n1 sin(theta1) = n2 sin(theta2)，其中每個 n 是介質的折射率。在交界面只有方向改變，頻率（因而顏色）保持不變，而速度與波長改變。

折射是眼鏡、相機鏡頭、放大鏡以及你眼睛裡那片晶狀體背後的工作原理，它們全都靠在彎曲的表面上折彎光線來導引光。一個誠實的提醒：折射只在光斜著碰到交界面時才發生。一道正面撞上表面、沿著法線筆直射入的光線，只會變慢，卻仍沿著直線前進，完全不彎折。