彎折的吸管與變淺的池子
把吸管放進一杯水，它看起來在水面處折斷了。游泳池總是看起來比實際淺。杯底的硬幣本躲在杯緣後面，一倒進水卻神奇地重現。這每一樣都是同一個效應：折射，也就是光從一種透明材料進入另一種時的彎折。吸管並沒有彎——是來自它水下部分的光彎了，而你的大腦假設光是直線傳播，於是把吸管擺在它其實不在的位置。
光為何彎折：因為它改變速率
光在真空中最快，速率為 c。在玻璃或水中它變慢，因為它振盪的電磁場不斷被原子吸收再重新發射。我們把這個減速打包成一個數字，即折射率 n：c 與光在該材料中速率 v 之比。真空的 n 恰為 1；空氣幾乎是 1.00；水是 1.33；普通玻璃約 1.5；鑽石則高達 2.42。n 越大，光越慢。
折射率就是光在介質中比在真空中慢幾倍。因為 v ≤ c，所以恆有 n ≥ 1。
司乃耳定律：定量法則
看看這裡的幾何。想像一支行進樂隊斜著從結實的操場踏上泥濘的地面：一排隊員先有一端踩進泥裡，那端變慢，整條隊伍便朝泥地方向轉向。光也如此。從較快的介質進入較慢的介質（小 n 到大 n）時，光線朝法線彎折；反方向則遠離法線。司乃耳定律把這件事寫得精確。
司乃耳定律。乘積 n·sin θ 在界面兩側守恆；角度都從法線量起。哪一側的 n 較大，那一側的角度就較小。
全反射
現在讓光走難走的方向——從慢而密的介質（大 n_1）射向快的介質（小 n_2），比方說從水中射向空氣。光線遠離法線彎折，於是當你加大入射角，折射光線越來越貼近水面。在某個特別的臨界角 \theta_c，折射光線恰好平躺在界面上（\theta_2 = 90°）。再推過這個角度，就完全沒有折射光線了——100% 的光被反射回介質內部。這就是全反射。
在司乃耳定律中令 θ2 = 90° 即得臨界角。它只在從較密射向較疏（n1 > n2）時存在。
全反射正是光纖背後的物理：注入細玻璃絲的光以超過臨界角打在管壁上，一次又一次完美反射，把光束引導數公里而幾乎毫無損耗。你的網路很可能就是這樣送達的。
色散：把白光拆成彩虹
還有一個轉折：在玻璃中，折射率 n 略微隨波長變化——紫光被減速的程度比紅光稍多。於是白光折射時，每種顏色彎折的量都不同，光束便散開成一道光譜。這就是色散，也是為什麼玻璃稜鏡會拋出彩虹、雨滴會在天空畫出彩虹。彩虹是色散再加上每顆水滴內部的一次全反射，這也是為什麼虹弧總是落在太陽的正對面。