全反射

潛到游泳池水面下，以低角度往上看，上方的水面就不再是一扇窗，而變成一面完美的銀鏡，你在裡面看到的是池底的倒影，而不是天空。這就是全反射：在適當的條件下，撞上交界面的光完全不穿過去，而是毫無漏光地整個反彈回來。它回答的問題是：兩種透明材料之間一個尋常的交界面，能不能當成一面毫無瑕疵的鏡子？如果能，是在什麼時候？

它只在光從折射率較高的介質射向折射率較低的介質時發生，例如從水或玻璃射向空氣。當你把入射角逐漸加大，司乃耳定律會讓折射光線越來越偏離法線，直到某個特別的角度，臨界角 theta_c，折射光線會恰好貼著表面平躺（theta2 = 90 度）。只要角度再超過 theta_c 一丁點，折射就不可能發生，於是 100% 的光被反射回介質內部。臨界角由 sin(theta_c) = n2 / n1 求得，其中 n1 是光出發時較密的介質、n2 是較疏的介質。對玻璃到空氣的交界面（n1 約 1.5），theta_c 約為 42 度。

這正是讓光纖運作的物理：射入玻璃纖維的光不斷以超過臨界角的角度撞擊管壁，於是一次又一次幾乎毫無損耗地反射，被困在纖維裡，把網路與電話訊號送越大洋。它也讓鑽石與雙筒望遠鏡裡的稜鏡閃爍並改變光的方向。一個誠實的提醒：全反射必須是從高折射率射向低折射率，反過來、從空氣射入玻璃時，絕不會發生。