光在真空中以一個(gè)恒定的速度傳播，這個(gè)速度我們一般把它叫做光速，約為每秒30萬公里。但是，當(dāng)光進(jìn)入介質(zhì)（比如水或玻璃）時(shí)，它的速度就會(huì)變慢。為什么會(huì)這樣呢？

我們可以從三個(gè)不同的角度來解釋這個(gè)問題，每個(gè)角度都有它自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但都能幫助我們理解光和介質(zhì)之間的相互作用。

第一個(gè)角度是從麥克斯韋的電磁理論出發(fā)。麥克斯韋是19世紀(jì)的蘇格蘭物理學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)了電和磁的統(tǒng)一理論，并且發(fā)現(xiàn)了光是一種電磁波。當(dāng)電磁波進(jìn)入一種介質(zhì)時(shí)，它會(huì)遇到很多帶電粒子——介質(zhì)中的質(zhì)子和電子。而帶電粒子會(huì)對(duì)經(jīng)過它們的電磁波產(chǎn)生響應(yīng)，跟著它們振動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)的帶電粒子也會(huì)產(chǎn)生自己的電磁波，結(jié)果就是原來的電磁波和介質(zhì)中所有帶電粒子產(chǎn)生的電磁波相互干涉。幸運(yùn)的是，除了沿著原來光的方向傳播的波之外，其他的波都會(huì)相互抵消。但是因?yàn)閹щ娏Ｗ赢a(chǎn)生的波有一點(diǎn)延遲，所以整體上看，這些波傳播得更慢了。最終的結(jié)果就是：光在介質(zhì)中變慢了。

第二個(gè)角度是從量子力學(xué)出發(fā)。量子力學(xué)告訴我們，光是由無數(shù)微小的粒子組成的，這些粒子叫做光子。用量子力學(xué)來處理光子和介質(zhì)之間的相互作用可能會(huì)很復(fù)雜，但幸好我們有著名物理學(xué)家費(fèi)曼提出的一種方法來指導(dǎo)我們。

我們可以想象所有進(jìn)入介質(zhì)的光子都撞到了介質(zhì)中的帶電粒子上。一旦進(jìn)入介質(zhì)，它們就開始和帶電粒子相互作用。這些作用有兩種可能：吸收和發(fā)射。吸收就是說光子被帶電粒子吞掉了，并且使得帶電粒子跳到一個(gè)更高能級(jí)上去。隨后它們就回落到低能級(jí)處，并發(fā)射出新的光子。

這些新發(fā)射的光子的方向是一團(tuán)糟的，但是當(dāng)我們用費(fèi)曼的方法來平均所有光子的路程時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)只留下了沿原來方向傳播的光子。如果我們把所有這些可能的過程都考慮進(jìn)去，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，從介質(zhì)中逃出來的光子和進(jìn)入介質(zhì)的光子之間有一個(gè)時(shí)間差。這個(gè)時(shí)間差就是由于光子和帶電粒子之間的相互作用造成的。所以，從量子力學(xué)的角度看，光在介質(zhì)中變慢了，是因?yàn)楣庾颖粠щ娏Ｗ臃磸?fù)吸收和發(fā)射了。

第三個(gè)角度是從相對(duì)論出發(fā)。相對(duì)論告訴我們，物質(zhì)和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，而且空間和時(shí)間也是可以相互變換的。當(dāng)光進(jìn)入一種介質(zhì)時(shí)，它會(huì)把一部分能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)，也就是說，它會(huì)產(chǎn)生一些電子-正電子對(duì)。這些電子-正電子對(duì)會(huì)和介質(zhì)中的原子核相互作用，形成一種叫做極化子的東西。這些極化子會(huì)和光產(chǎn)生共振，并且放出新的光。

這些新的光和原來的光合在一起，形成了一種叫做極化光的東西。極化光就是一種帶有物質(zhì)性質(zhì)的光，也就是說，它有一個(gè)有效的質(zhì)量和電荷。由于極化光有質(zhì)量，所以它不能以真空中的光速傳播，而只能以一個(gè)更慢的速度傳播。

編輯：黃飛