光在物體表面上會發(fā)生反射,，且滿足反射定律:入射角θ1(入射光線跟表面法線的夾角)與反射角θ2(反射光線與表面法線的夾角)相等，即θ1=θ2,。光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時會發(fā)生折射,，且滿足折射定律:入射角θ1與折射角θ3(折射光線與表面法線的夾角)的正弦成正比，其比值等于兩種介質(zhì)中光速之比,，即 

sin(θ1)/sin(θ3)=v1/v3

也可以寫成

sin(θ1)/v1=sin(θ3)/v3

    光的反射定律很早就已經(jīng)被提出,，而折射定律最早由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳提出。后來費(fèi)馬又提出光的傳播滿足時間最短原理,，即光從一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)時,，在連接兩點(diǎn)的所有路徑中，光所走的實(shí)際路徑是耗時最短的路徑,。以反射定律為例,，假設(shè)光從A點(diǎn)出發(fā)傳播到鏡面上B點(diǎn)，然后再反射經(jīng)過C點(diǎn),，現(xiàn)在光傳播的路徑則是線段AB加上線段BC,，要是將B點(diǎn)移動到鏡面上的其他任何位置,，那么光線在線段AB和線段BC上傳播的總時間都會增加。根據(jù)時間最短原理自然可以推導(dǎo)出前面的反射定律和折射定律的表述,。

    既然折射和反射遵循同一條定律,，那前面關(guān)于兩條定律的表述也可以統(tǒng)一成一個形式:

sin(θ1)/v1=sin(θ2)/v2=sin(θ3)/v3

上式中，根據(jù)反射角與入射角相等,，以及入射光線和反射光線在同一介質(zhì)中,，因此光速也相等，前半部分自然成立,。另外上式也可以寫成更簡單的形式:

sin(θ)/v=常量

    對于密度或濃度隨位置連續(xù)變化的非均勻介質(zhì),，介質(zhì)中的光速也隨位置連續(xù)變化，因此傳播過程中光線處處都連續(xù)發(fā)生彎曲,，呈一條曲線,。

    另外，時間最短原理在思想上對后續(xù)物理學(xué)的發(fā)展有非常重要的影響,，進(jìn)一步的研究表明很多物理現(xiàn)象都遵循一個“最小原理”,，比如經(jīng)典力學(xué)中的最小作用量原理,、線性非平衡態(tài)熱力學(xué)中的最小熵產(chǎn)生率,。“最小”本質(zhì)上是“最優(yōu)”,，而自然界中很多生物相關(guān)的一些結(jié)構(gòu)的特征也滿足“最優(yōu)”的原理,。看來,，“最優(yōu)”或許是宇宙中的一條普適規(guī)律,。