費馬原理,又稱費馬最小時間原理,是光學中的一個基本原理,由法國數學家皮埃爾·德·費馬提出。該原理指出,光在傳播時總是選擇用時最短的路徑。換句話說,光在兩個點之間傳播時,其路徑是使得傳播時間極小化的路徑。
這一原理可以解釋多種光學現象,如光的直線傳播、反射和折射。具體來說:
直線傳播:在均勻介質中,光沿直線傳播,因為直線是兩點之間的最短路徑。
反射:根據費馬原理,光在反射時,入射角等于反射角,因為這條路徑使得光從起點到終點所用的時間最短。
折射:在不同介質的界面上,光會發生折射,改變傳播方向。費馬原理與折射定律(斯涅爾定律)一致,即光在兩種介質中傳播時,通過調整路徑使得總傳播時間最短。
費馬原理不僅在光學中具有重要意義,還在物理學的其他領域中有廣泛應用,是變分原理的一種體現。