為什麼光的傳播時間最短
A. 光的傳播原理是什麼
費馬原理解釋光的直線傳播：由於光在同一種均勻介質中的速度必然相同，故介質中任意二點間的路程以直線為最短，故需時也最短。故此，其傳播路線必然為直線，費馬原理在光的反射和光的折射中同樣成立，這就為理解光的傳播基本原理提供新的手段。
傳播途中每一點都是一個次波點源，發射的是球面波，對光源面（一個有限半徑的面積）發出的所有球面波積分，當光源面遠大於波長時結果近似為等面積、同方向的柱體，即表現為光的直線傳播。光的量子性可以解釋光的產生和吸收規律，光的傳播規律，也就是電磁波的傳播規律。
光的傳播並不總沿直線傳播其條件有，傳播介質是同一種，傳播光的物質就是介質。但這並不代表光在二種或多種介質中傳播，其傳播路線一定不是直線。
光從空氣垂直進入玻璃中，其傳播路線還是直線。但在二種介質中傳播發生斜射時，其反射和折射光線，都與入射光線不在同一條直線上，即其傳播路線不再是一條直線，傳播介質是均勻的，傳播介質各處物質分布相同，即各處密度、物質種類等完全相同。
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光的傳播速度與介質種類有關，光的傳播可以在真空中進行，而且其在真空中的光速還最大，光的其它介質中的速度顯然都小於光在真空中的速度，故光在真空中的速度是宇宙間的極限速度。光在真空中的速度為宇宙間的極限速度大小為3.0×108m/s。
光在其它介質中的速度通常並不相等，而且均小於光在真空中的速度，狹義相對論的基本原理之一是光速不變原理，這與光速定義為一固定值是相一致的。
參考資料網路--光的傳播
B. 為什麼光會沿光程最短的路徑傳播
首先先明確光程的概念，光程並非所謂兩點之間距離，而是「在相同時間內光線在真空中傳播的距離」，在非真空的介質中，光程等於介質相對折射率乘以光在介質中傳播的路程。
如果不好理解，可以理解為：光會沿傳播所耗時間最短路程傳播。
然而到這里為止，以上的說法，在沒有邊界條件的情況下，都是錯的……下面我們來解釋正確的東西：
首先幾何光學三大公理：
光在處於無引力影響的均勻介質內沿直線傳播，簡稱光沿直線傳播
弱光在線性條件下可穿越另外一束光而不發生干涉，簡稱光的獨立傳播
光的反射和折射，符合反射折射定律。
這些公理的存在，建立於，至今為止無人發現事實證明他們錯誤，並發現更多事實去證明他們是正確的。
然後請出你所謂「光會沿光程最短的路徑傳播」的始作俑者：費馬原理
費馬原理的具體表述為：光沿著所需時間為平穩的路徑傳播，或者說，光線傳播的路徑所需的時間可能不是最小值，而是最大值，或甚至是拐值。——對，沒錯。這個表示和光會沿光程最短的路徑傳播八竿子打不到一起……
如果你要問費馬是怎麼得出這個原理的——我可以告訴你，這是事實上只是他是用實驗結合未成熟的微積分得到的實驗經驗……也就是說，費馬原理最初被提出，沒有辦法被嚴格證明，只能通過實驗證明他是對的。在他那個時代根本沒有足夠的數學和物理工具證明他的論點……
為什麼我們現在會把他作為一個正確原理呢——感謝偉大的麥克斯韋和後世的一堆科學家數學家——我必須承認我自己也忘記怎麼用麥克斯韋方程去證明費馬原理了，所以直接拉來某乎網頁鏈接←自己看……
如果你看完了你會發現，這些證明也壓根沒法和光會沿光程最短的路徑傳播搭邊，因為事實上，以上你看到的所有證明都是證明費馬原理最初的解釋：線傳播的路徑所需的時間可能不是最小值，而是最大值，或甚至是拐值：
或者把它翻譯為數學語言，光路的一階微分環積分和為0。
yes，光會沿光程最短的路徑傳播，事實上是有嚴格邊界條件的說法，在某些光路中，光會沿光程最短的路徑傳播符合光路的一階變分環積分和為0。
所以綜上所述，把「光會沿光程最短的路徑傳播」單獨拿出來，是錯的。如果非得要把這一句話拿出來的話，就必須在這個定律外附加條件：
符合幾何光學三大定律
光會符合條件1的情況下，沿著令光程最短的路徑進行傳播
至於如何證明以上表述和——光路的一階變分環積分和為0 是一個意思，我也的確不知道，所以我並不推薦用所謂光會沿光程最短的路徑傳播的表述方式，而是用「光的傳播方式符合費馬原理」，其中費馬原理指的是：光會沿著光路的一階變分環積分和為0的方式傳播。
C. 光的傳播需要多長時間我們看到的是不是過去
以太陽的光為例，他大概是需要500s的時間左右，陽光是最重要的自然光源，它在地球上發光，使整個世界豐富多彩，當光線隨時間和天氣變化時，它將直接影響圖像的顏色。除了陽光，還有其他種類的光源，例如我們日常生活中使用的光，它是一種人造光源，比陽光弱得多，其中包含的可見光比例也不同於陽光。
其值為50～80千米／秒·萬億秒差，根據該定律，只要測量外星線的紅移Z，就可以計算出星系的距離D。譜線紅移法可用於測量100億光年的距離，宇宙中的距離不是用地球上常用的公里來測量的。宇宙的規模太大了。根據不同的尺度，有幾個測量單位，最簡單的一個測試就是1秒的距離約為 3.261 光年。
關於光的傳播需要多長時間我們看到的是不是過去的問題，今天就解釋到這里。
D. 光走更長的路反而時間更短，這究竟是為什麼呢
生活中我們為了更快地到達目的地，最好的辦法是沿著自己與目的地之間的直線連接行走，這樣的路程是最短的，因此花的時間也是最少的，這個道理我們都懂，但是我們從光的傳播中卻得到一個這樣的結果：路程最短，時間卻不一定最短。這不是與我們的現實生活相矛盾嗎？在揭示這種現象時，我們先了解下面的一些知識。
E. 請問光為何會在沒有干擾的情況下沿直線傳播
光的直線傳播定律
光的直線傳播定律
light，law of rectilinear propagation of
幾何光學的基本定律之一。光在均勻介質中沿直線傳播，針孔成像、不透明物體在點光源照射下影的產生等都是直線傳播定律的例證。早在中國戰國時期的墨家著作《墨經》中，就根據光的直進性思想討論了影的產生，並解釋了針孔成像實驗中倒像的成因。由於光具有波動性，當光在傳播過程中遇到障礙物時，將偏離直線傳播路徑而產生衍射現象。根據衍射理論，光的波長愈長，衍射現象愈明顯，只有在波長比起障礙物(或通光孔徑)的幾何線度小得多的條件下，衍射現象才能忽略不計，從而直線傳播定律成立。因此，以光的直線傳播定律為基礎的幾何光學是在光波波長λ→0的極限情形下討論光的傳播問題的。
F. 為什麼光的傳播總是使光在某兩點間的傳播時間最短，運動學中運用折射定律
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費馬原理
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費馬原理是幾何光學中的一條重要原理，由此原理可證明光在均勻介質中傳播時遵從的直線傳播定律、反射和折射定律，以及傍軸條件下透鏡的等光程性等。光的可逆性原理是幾何光學中的一條普遍原理，該原理說，若光線在介質中沿某一路徑傳播，當光線反向時，必沿同一路徑逆向傳播 。費馬原理規定了光線傳播的唯一可實現的路徑，不論光線正向傳播還是逆向傳播，必沿同一路徑。因而藉助於費馬原理可說明光的可逆性原理的正確性。光在任意介質中從一點傳播到另一點時，沿所需時間最短的路徑傳播。
中文名稱：費馬原理
外文名稱：Fermat principle
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用途
地震學
地震波沿射線傳播的旅行時和沿其他路徑傳播的旅行時相比為最小，亦是波沿旅行時最小的路徑傳播。
光學
光線在兩點間的實際路徑是使所需的傳播時間為極值的路徑。在大部分情況下，此極值為最小值，但
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費馬原理
有時為最大值，有時為恆定值。
原理
光在任意介質中從一點傳播到另一點時，沿所需時間最短的路徑傳播。又稱最小時間原理或極短光程原理，法國數學家費馬於1657年首先提出。設介質折射率n在空間作連續變化，光傳播路程ds所需時間為式中c為真空中的光速。
光沿ACB曲線從A點傳播到B點所需時間為費馬原理指出了光傳播的實際路徑，這是一條所需時間τ為極小值的路徑。實際上τ除取極小值外，還可取極大值或穩定值，總之，τ應取極值。光在介質中傳播時，光傳播的幾何路程與介質折射率之乘積稱為光程。上式中的積分就是光沿 ACB曲線從A點傳到B點的總光程。故費馬原理也可表述為：光傳播的實際路徑是使光程取極值（極小值、極大值或穩定值）。
光程取極值的條件為光程的一階變分等於零，即此即費馬原理的數學表達式。費馬原理是幾何光學中的一條重要原理，由此原理可證明光在均勻介質中傳播時遵從的直線傳播定律、反射和折射定律，以及傍軸條件下透鏡的等光程性等。光的可逆性原理是幾何光學中的一條普遍原理，該原理說，若光線在介質中沿某一路徑傳播，當光線反向時，必沿同一路徑逆向傳播 。費馬原理規定了光線傳播的唯一可實現的路徑，不論光線正向傳播還是逆向傳播，必沿同一路徑。因而藉助於費馬原理可說明光的可逆性原理的正確性。
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費馬原理
應用
費馬原理對折射定律的證明
假設光從介質n1入射到介質n2。在兩個介質的交界面上取一條直線為x軸，法線為y軸，在入射光線上任取一點A(x1, y1)，光線與兩介質交界面的交點為B(x, 0)，在折射光線上任取一點C(x2, y2)。
G. 大家幫忙解釋一下「光程最短理論」，謝謝啦！
假設
在N種介質中，光速分別為v1，v2，……，vN
在N種介質中，路程分別為s1, s2, ……, sN
光會走時間最短的路線
注意是「時間」,即 s1/v1 + s2/v2 + …… + sN/vN 最小
而不是 s1+s2+……+sN 最小
譬如，分別處在玻璃和空氣中的兩點，它們之間的光路，滿足 s1/v1 + s2/v2最小，因為玻璃中光速較慢，所以光「選擇」了一條在玻璃中少走一些，而在空氣中多走一些的路線
但看起來光「走了彎路」，其實它「省了時間」，這就是「光程最短理論」了。
H. 光為何選最短時間路徑，等同於最少能量消耗路徑嗎
2樓的兄弟回答錯了，應該。怎麼說呢？我曾經也問過一個相似的問題，後來我老師告訴我《費曼物理學講義》——《TheFeynmanLecturesonPhysics，Vol.》里邊有。
我下了個中文版的，在迅雷里可以下，只是最近工作忙沒來得及看。
為什麼說2樓的錯了呢？其實一個很簡單的道理，光子能量E=hν，它說光子能量通過折射速度降低了，跟著能量也損失了，因為h是普郎克常數，E減小，也就是ν減小，光的顏色會向紅端退移，簡單的說，如果按照2樓的兄弟的意思，光從真空中經過玻璃，因為玻璃折射的緣故，光子能量減小，顏色就會改變，但是，這明顯是個悖論……隔著玻璃看樹葉和取開玻璃看樹葉，樹葉的顏色不都是一樣的嗎？換句話說，光子能量並沒有損失……【接受「自由總裁」的批評，光子數減少，光強度減弱，總能量也減小了，E=nhν，n為光子數。】
具體怎麼解釋我也不太清楚，不過如果你現在有時間的話，建議你看看《費曼物理學》的光學部分就清楚了！
費曼老兒說話很風趣，講物理的時候更是妙趣橫生、左右逢源，不像國內一些教授那樣只會死背書，背死書，所以，就初中生而言，作為科普讀物或者是一個國外版的教材是很適用的。
如果要的話，可以加我網路，我傳給你也可以，你自己去迅雷下也可以。
下圖中的就是光的折射現象，蒙氣差，和海市蜃樓的上現蜃景一樣，你何時見過海市蜃樓或是蒙氣差成的虛象把原本發光或反光實物的本質顏色都改變過的？
I. 為什麼光總是走最短的路線
光線有一個特性，就是它走過的空間兩點時間最短。(不要問為什麼有這個特性，可能需要愛因斯坦來解釋了。)
當從水裡的一點經過折射到岸上的一點:
V水*t水+v空氣*t空氣=L光程
t水+t空氣=最小
水裡的一點到岸上一點畫幾何意義上的直線，這條線往往不是垂直於水面，這條線在水裡的距離比較長，光作水中傳播速度慢，它就選擇了短一些的水中的光程，加長空氣中的光程，形成折射現象。
有個形象的解釋：你從北京東面到西面，城裡容易堵車，不好走；5環上不堵車。你為了趕時間，不走直線，開車從東面上5環，繞了大半個北京城，然後在西面下5環——你也發生「折射」了。