什麼是最小光程原理

最小光程原理(Principle of Least Time),也稱為費馬原理(Fermat's Principle),是光學中的一個基本原理,由法國數學家皮埃爾-路易斯·梅勒(Pierre de Fermat)在17世紀提出。這個原理指出,光線在介質中傳播時,會選擇一條使總時間最少的路徑。

最小光程原理的表述如下:

當光線從一個點傳播到另一個點時,它實際遵循的路徑是所有可能路徑中總光程時間最短的路徑。

這裡的「光程」是指光線在介質中傳播的距離,而「光程時間」是指光線傳播這個距離所需的時間。根據斯涅爾定律,光線在不同介質中的傳播速度不同,因此在計算光程時間時,需要考慮光線在每種介質中的速度。

最小光程原理不僅可以用來解釋光線在均勻介質中的直線傳播,還可以用來解釋光線在介質分界面上的折射和反射行為,以及光線在光學儀器中的傳播路徑。例如,人眼的晶狀體和視網膜的結構就是基於最小光程原理來保證成像的清晰度。