光是如何知道哪条路线最快的，费马原理是不是违背常理呢？

科幻小说《你一生的故事》里提到费马原理（Fermat's principle）。又名“最短时间原理”：光线传播的路径是需时最少的路径。
书中举的例子是，光线从空气到水会发生折射，是因为水中的光速比较慢，所以光为了走最快的路径，就在空气里多走了一段，在水里少走了一段，也就是光能选择最优路径到达。

如果是人做决策倒是好理解。例如我们开车，有快车道和慢车道。我们要到达慢车道前方远处一个位置，有两种方法，一种是先拐入慢车道，再慢慢开到那个位置；另一种是尽可能多在快车道开一会儿，等快到了，再拐入慢车道，到达那个位置。后者的时间显然最短。

但是光是没有意识的，也不能感知，光是怎么知道那条路最快的？
光又没走过这条路，甚至不知道目的地在哪里，光怎么就走最短路径了？就好比一个瞎子，自动选择一条最快的路走过去一样，这是不是有点荒谬呢？

难道光有一种能超光速的办法，一次性把前方所有的路探究了一遍，通过全局分析找到最快的路之后，然后再传过去？光岂不是太神奇了，一切计算机都弱爆了！什么线性规、最优算法都不如光的超光速掐指一算？

请物理大牛给我这个物理小白解释一下其中的机理。最好不用公式，或者不要用更多的定理来解释。

补充：
1.对那些用其他定律或公式解释的知友
定律是现象，我想要的是现象背后的机理。
定律或者原理都是人们发现了这个规律，然后用文字或公式固化下来，但是这个定律背后的机理是什么，并没有解释。用一个定律解释另一个定律，就是用一个现象解释另一个现象，都没有揭示其中的奥秘。

2.光是没有意识的，这一点我知道，不用重复说明了
我提出“光有意识”来说明这个现象，只是为了归谬，不是我相信“光有意识”，不用再说明光有没有意识了。
我确切想知道的是因果，因为什么原因，导致这样的结果。

米牛牛 · 2018-10-16 00:36:49

把光线折射现象总结为服从【最短时间原理】或许在某个角度是有意义的、但是这并不意味着就可以再更进一步解释为【光是自己先算好然后自己主动选择的】

就象前边回答的那样：说水是服从【水往低处走原理】是有意义的~~、但是这并不意味着就可以再更进一步解释为【水是自己先算好然后自己决定往低处走的~~】

谌桔 · 2018-10-16 00:36:51

假设世界的终极秘密是：光真的有智慧，它分析了所有的路径，并且选择了最有效率的那条。我们是否也可以这么猜测：我们坐在桌前打电脑，电脑书本台灯都在反射光线进入我们的眼睛，而在“光神”的眼中，它也就在我的可视范围内制造了光，我的身后空无一物，是一片虚无，若我用DVD拍摄或用镜子反射我背后的情景，或者我朋友进我的房间叫我，那么光在我的这种意识发生的同时，照亮了我的身后。因为光知道我的目的，也知道我的朋友要进房间了，它选择做有效率的事情，而自动排斥了无效的。这种猜测也就是唯心主义了。

匿名用户 · 2018-10-16 00:36:52

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

姚凯轩 · 2018-10-16 00:36:54

Saddle point approximation.

衍射的时候光就不是走最短的路径。

石头 · 2018-10-16 00:36:55

看着这么多回复，一边清理思路。这里我就不用赘述那些原理，只是说我们观察、研究一种现象的思路。
题主最核心的问题是，光在不知道终点的情况，怎么做到沿时间最短的路径走。
现在作为观测者，你看到光由空气中A到水中B。你必须知道，光的目的地不是B点，而是你只在观察B点。你的疑问是，这条光线恰好选择了这个折射点，谁让他做出的选择？
我们研究事物总是要先明确一定的原则，比如光会走直线。这也是题主提出问题的原因，因为光好像违背了这个原则。
那么我们在来看看哪里违背了，回到题目。光在空气里随便游走，你恰好选择里着一束光。那么因为你的选择，它在空气里的方向，路径，就被选定了。它在空气里的路径没有违背原则吧？接着看看，在水中，它在折射点射出，其实它也是按照自己的原则前进，折射定律。最后在水中也是按自己走直线的原则。这一切都是这么自然。但是你作为观察者则惊呼，啊，谁让它这么走的？因为你的研究点是B点，在光坚持它的原则的情况下，只有在那一点折射的光才能让你看到。当你只能从这里看到我的时候，我当然最快。

如果能对大家有一点点帮助，请赞我！谢谢

北岸 · 2018-10-16 00:36:56

请不要用三维世界的线性思维思考这个问题。根本就没有什么最短路径，这个最短路径只存在你的线性思维里。光根本就不走路，根本就不走直线。只是那么观察到的，那是因为你的局限造成的。光怎么“走”，你是无法理解的。

匿名用户 · 2018-10-16 00:36:58

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

光是如何知道哪条路线最快的，费马原理是不是违背常理呢？

7 个回复