为什么光在不同介质中速度不同？这违背光速不变原理吗？ 第1页

不违背，光速不变指的是在真空中的光速，介质中情况要复杂的多。

光进入物质，速度变低，这表面上看起来是一个现象，但其实仔细考察的话是多个现象的叠加。

当光进入介质以后，交变电磁场会在局域激发介质的原子（或者离子或者分子）。

这些被激发的（以及未被激发的）会在局域与光子形成复杂的相互作用。

比如粒子吸光并且进行受激辐射（stimulated emission），辐射的光子和入射光子能量一致。

介质整体对入射光的相互作用叠加在一起，才形成了光线在介质中的定向传播。

这个传播方向可以与入射光一致，也可以不同（折射），还可以反弹而回（反射）。

这个现象从宏观来看，就像是光子进入介质以后不停的在介质内部经过了多次散射一样。

因为散射的光程远远比真空中完全直线的光程长的多，所以看起来介质中的光速变慢了。

当然在有一些情况下，比如X射线进入很多介质的时候，光的相速度反而会变快（超过真空中的光速）。

这个就要具体问题具体分析了，因为速度的定义在这种情况下，往往和我们熟悉的速度含义不太一样。

多说一句，其实不光是光在介质中传播，其他很多我们很熟悉的问题如果深究下去，里面的内容都是非常深的。

这东西细想起来可好玩了，祝你玩的愉快。

我们平常说的“光速不变”的完整表述是“光在真空中的传播速度不变”，而当在折射率为n的介质中传播时，光速会发生变化为原来的1/n倍。

以宏观电磁学的视角来看，麦克斯韦方程告诉我们，电磁波传输的速率为:

其中，ε₀和μ₀分别为真空介电常数和真空磁导率，它们都是常数，ε和μ是介质的相对介电常数和相对磁导率，对于特定的介质，它们都是大于等于1的无量纲常数。对于真空而言，ε和μ都为1，因此真空光速变为

对于其他的介质，ε和μ都大于1，因此介质中的光速v就会小于真空光速c.

下面分析介质中ε和μ的微观来源。假设当电磁波在介质中以真空光速c传播时，介质中的电子和质子会对电磁波作出响应，它们会随着电磁场的周期性震荡在平衡位置附近做周期性运动，并产生一列子电磁波。子波与原电磁波叠加在一起形成了在介质中真实传播的电磁波。叠加的过程中，波速由初始假想的c降为实际的v。具体ε和μ的数值，受到原子种类和排布的影响。

参考资料：