光为什么和怎样折射？

光从一种介质进入到另外一种介质的时候，它的进路会曲折，这一点有许多人认为是大自然在耍脾气。真的，光在进到新的介质以后，为什么不保持原来的方向前进，却选择了屈折的路径呢？关于这件事情，如果用军队在容易走和不容易走的地面交界的地方行进的情形来做比喻，就会完全明白了。下面是前一世纪的天文学家和物理学家赫歇耳关于这个问题所说的话：请设想有一队兵士正在行进，那里的地面有一段是平坦容易走的，有一段是高低不平不容易走，因此走起来就不可能太快的。两段地面的分界线，恰好是一条直线。
     现在，再设想这队兵士的队伍正面跟这条分界线成某一个角度，因此同一横排的兵士到达这条直线不会在同一时间，而是有迟早的不同。每个兵士一跨过分界线走上不平的地带，就不可能走得象以前那么快，因此，也就不可能再跟那些还没有跨过分界线的同一排兵士保持在一条直线上前进，而慢慢的落后了。这时侯假如兵士不走乱队伍，仍旧依着队形前进，那跨过了分界线的部分不可避免地要落到其余部分的后面，因此在跟分界线相交的点上曲折成一个钝角。
     又因为每个兵士一定要合着节拍踏着步子前进，也不能够抢先，每个兵士就自然会依着跟新的队伍的正面成直角的方向前进，因此每个兵士越过分界线以后所走的路径，第一，会跟新的队伍正面相垂直，第二，路程的长短和在平坦地面上在同一时间里面能够走的路程长短的比，恰好跟新的行进速度和旧的行进速度的比相等。我们不难应用手头现成的东西，在桌子上做一个小实验。把桌面的一半用台布盖好，然后，使桌子略略倾斜，把一对装牢在一根轴上的小轮子（例如可以从损坏了的玩具汽车上拆下来）放在高的一头让它滚下去。假如轮子滚动的方向跟台布的边恰好成直角的话，那么它滚动的路径是不会发生屈拆的。
     这表示了光学里的一条定律，就是垂直射向不同介质分界面的光线，是不发生屈折的。但是，如果轮子的滚动方向跟台布的边缘成某一个角度的偏斜，轮子滚动的路径就要在这个边缘上发生屈折，也就是说在行进速度不同的介质的边缘上发生屈折。这里我们不难发现，当轮子从滚动速度比较大的那一部分桌面（没有桌布的部分）滚到滚动速度比较小的那一部分桌面（有桌布的部分）的时候，它的路径的方向是折近界线的垂线或者所谓“法线”的。在相反的情形，就要折离这法线。从这里我们可以顺便提出重要的一点，就是光的折射是在两种介质里光的行进速度不同这一个基础上面产生的。
     这速度上的差别越大，那么折射的程度也越大；表示光的折射程度的所谓“折射率”，就是这里还可以看到光的传播的另一个特性。如果说光线反射的时候是依最短的路径行进的，那么在折射的时候是取最快的路径的：除了这一条折射路线之外，没有一个别的方向可能使光线这么快到达它的“目的地”的。