光线爱偷懒，所以才能走直线 | 王木头讲科学

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今天是王木头讲科学的第8期节目。

来自北京大学的木头哥哥是把科学带回家的明星主持人，他最擅长给孩子讲有趣的科学。

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2200多年前，在地中海的东边即将发生一场大战。当时强大的罗马帝国为了征服西西里岛派出了强大的舰队。当地的国王在海上迎击，结果节节败退，只能退守在一个海边的小城堡然后不敢出去。

当国王还在担心自己马上就要亡国的时候，救世主出现了。而这个救世主是国王无论如何也想不到的。他不是武力强大的战士，而是聪明的阿基米德。他应该是当时最有名的科学家了，说过的最有名的话就是“给我一个支点我可以翘起整个地球”。

这一次阿基米德挺身而出，在他后面的随从们还携带着几十个大铜镜。他告诉国王，这些铜镜就是致胜的法宝。他来到了城堡上面，可以看到远处在太阳下成群结队的舰队。于是他就命令，让自己的随从们摆好铜镜的位置，反射阳光，把所有的光线都集中在一只船上。很快就看到这只船冒起烟了，最后烧着了。紧接着把目标换到下一艘船，就这样一艘一艘的战舰就被点燃了。最后，在所有人的惊叹中阿基米德取得了胜利。

当然这个故事只是一个传说，现在也有人去拿大镜子试验过，并没有成功。如果这是真的话，那么阿基米德就是第一个在战场中使用“激光武器”的人了。

好了，故事听完了，我们开始这一次正式的内容，来聊一聊光。这可是直接引起相对论革命的东西。光的确很神奇，在以前的一些节目里面讲过，万事万物都是由原子和分子组成的。我当时是懒省事，还真有些东西并不是由原子分子组成。现在反例来了，光就是一种特别的东西，它是在现实中的确存在的，我们可以看得见，也能感觉得到，比如阳光照在身上感觉暖暖的。可是它并不是有原子和分子组成。

有关光到底是什么的问题非常复杂，科学家们为此争论了成百上千年。这个问题，我们后面在回答。我们先来看看有关光的另外两个重要的话题。一个是，光的路径，一个是光的速度。

光的路径，就是光线走过的路线。或许你会疑惑了，光走过的路线还需要讨论吗？走直线啊？没错，的确是这样的。很久之前人们就知道这一点了。我们前面几次讲科学发现的故事，最多也就是往回倒300年啊，400年啊，而光走直线的这个发现，我们要往前倒2000多年前。那个时候的人们就已经很确定，光是走直线的了。

不仅这样，还发现了光也并不是傻愣愣的只知道向前冲，有的时候还是可以改变方向的。所以才会有阿基米德利用铜镜来改变阳光的方向攻击敌军。这就是利用了光会被反射的原理。光是可以像弹力球一样被镜子反弹回来的。

除了镜子，还有一种情况也会让光线发生变化，就是光线的折射。最早发现的应该是人们在捕鱼的时候，有经验的人知道一些捕鱼的技巧。他们明白不能是从水面上看到鱼在什么位置，就扑过去，而是应该扑向旁边一点的位置。因为光线从空气进入水里，或是从水里射出水面，都是会发生一些角度偏转的。如果你把一根筷子伸进半杯水里，从侧面看也会发现筷子好像被折断了一样。看起来就像是水下的筷子位置发生了改变。这就是光线折射给我们带来的错觉。

光线的反射很好让人理解，用反弹的小球就能想象出来。如果光线是直直地照到镜子上，那么就会直直的在反射出来；如果光线照向镜子，而且还和镜子有一个角度，那么反射的光线就会从另外一边按照这个角度反弹出来。不过这个折射就很奇怪了，为什么光线会发生偏转，偏转的角度为什么是这么大，不能大一些也不能小一些。这一直困惑了科学家们很久，直到后来的一个叫做费马的数学家解开了这个谜题。

我们最开始的印象，光是喜欢走直线，我们同时也知道两点之间直线最短，所以很容易我们就会给我们一个印象，光线是喜欢偷懒的，总是喜欢找到最短的距离走。可是折射打破了这个规律，折射之后的光线发生了弯折了，路线肯定会变长。而费马却说，光的路线变长了？没有关系，光仍然是爱偷懒的，不过它不是为了走最短的距离，而是为了花费最少的时间。

为什么会这么讲呢？我们下次再继续讲解。

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