光进入介质速度变慢的原因

光在真空中以一个恒定的速度传播，这个速度我们一般把它叫做光速，约为每秒30万公里。但是，当光进入介质（比如水或玻璃）时，它的速度就会变慢。为什么会这样呢？

我们可以从三个不同的角度来解释这个问题，每个角度都有它自己的优点和缺点，但都能帮助我们理解光和介质之间的相互作用。

第一个角度是从麦克斯韦的电磁理论出发。麦克斯韦是19世纪的苏格兰物理学家，他发现了电和磁的统一理论，并且发现了光是一种电磁波。当电磁波进入一种介质时，它会遇到很多带电粒子——介质中的质子和电子。而带电粒子会对经过它们的电磁波产生响应，跟着它们振动。

运动的带电粒子也会产生自己的电磁波，结果就是原来的电磁波和介质中所有带电粒子产生的电磁波相互干涉。幸运的是，除了沿着原来光的方向传播的波之外，其他的波都会相互抵消。但是因为带电粒子产生的波有一点延迟，所以整体上看，这些波传播得更慢了。最终的结果就是：光在介质中变慢了。

第二个角度是从量子力学出发。量子力学告诉我们，光是由无数微小的粒子组成的，这些粒子叫做光子。用量子力学来处理光子和介质之间的相互作用可能会很复杂，但幸好我们有著名物理学家费曼提出的一种方法来指导我们。

我们可以想象所有进入介质的光子都撞到了介质中的带电粒子上。一旦进入介质，它们就开始和带电粒子相互作用。这些作用有两种可能：吸收和发射。吸收就是说光子被带电粒子吞掉了，并且使得带电粒子跳到一个更高能级上去。随后它们就回落到低能级处，并发射出新的光子。

这些新发射的光子的方向是一团糟的，但是当我们用费曼的方法来平均所有光子的路程时，我们会发现只留下了沿原来方向传播的光子。如果我们把所有这些可能的过程都考虑进去，我们就会发现，从介质中逃出来的光子和进入介质的光子之间有一个时间差。这个时间差就是由于光子和带电粒子之间的相互作用造成的。所以，从量子力学的角度看，光在介质中变慢了，是因为光子被带电粒子反复吸收和发射了。

第三个角度是从相对论出发。相对论告诉我们，物质和能量是可以相互转化的，而且空间和时间也是可以相互变换的。当光进入一种介质时，它会把一部分能量转化为物质，也就是说，它会产生一些电子-正电子对。这些电子-正电子对会和介质中的原子核相互作用，形成一种叫做极化子的东西。这些极化子会和光产生共振，并且放出新的光。

这些新的光和原来的光合在一起，形成了一种叫做极化光的东西。极化光就是一种带有物质性质的光，也就是说，它有一个有效的质量和电荷。由于极化光有质量，所以它不能以真空中的光速传播，而只能以一个更慢的速度传播。

编辑：黄飞