现代物理学有两根支柱，一个是相对论，另一个是量子力学。

这两根支柱是20世纪物理学革命而来的成果，不知是巧合还是命运的必然，他们都开始于对同一个东西的研究。

那就是——光

光，是我们这个世界最常见也是最神秘的现象。其实人类从文明开始的时候，就已经探索光了。

在几乎所有的神话里，总是会有类似的开头，光明劈开黑暗和混沌，世界开始运转。光从人类文明一开始就被认为是这个世界运转的终极奥义，代表着未来，生命，活力。

可是，光到底是什么？

哥本哈根学派有一句名言，先有自然才有人类，但是先有人类才有自然科学。

人类天生是拥有好奇心的群体，我们在认识自然的时候，总是希望能够搞明白一件事情背后的原因，才能罢休。

对于“光是什么”这个问题，从久远的几千年前人们就试图去用理论解释。

最开始人们认为，光是从我们眼睛中发射出去的东西，碰到物体了，我们就看到了这个物体。

但是慢慢的发现有一个问题：

如果在一片漆黑的夜晚，我们睁开眼睛，也看不到东西。如果光是从我们眼睛里发出来的话，不应该看不见东西。

公元前300年左右，欧几里得在著作《光学》中写到了他对光性质的研究。欧几里得设想光线笔直传播，用数学方法研究并阐述了反射定律。

之后托勒密在他的著作里对于光的反射做了详细的研究，给出了完整的光的反射理论，这理论能够分析光从平面镜、圆球面镜、圆柱面镜等等凹面形或凸面形镜子的反射。并且设计了一些光的折射的实验。

由此人类，开始认识到光的基本的传播规律。

时间拉到千年以后的中世纪，整个欧洲处于科学的黑暗时期，而同时代的阿拉伯科学家登上了历史舞台，他们进一步发展了光学理论。

比如看到物体的基本原理，是因为光通过物体反射到我们眼睛里成像，我们才能看到，而不是因为我们眼睛发射光线去碰撞物体。

比如为巴格达宫廷效劳的伊朗学者伊本·沙尔在专著《论点火镜子与透镜》里最先正确地表述出折射定律。不过没有得到重视。

到了近代科学时代，对于光学的研究越来越多，荷兰物理学家威理博·斯涅尔总结了前人的研究，于1621年发表了光的折射定律的数学公式。关于几何光学的一些基本定理，都有了基本的研究。

一般科学研究到了这个阶段，会出现一个极简的基本定理，就像超级大佬牛顿横空出世，用几条基本的定理来推导万事万物的运动一样。

到了1662年，被后世称为“业余数学之王”的费马，给出了一个几何光学的基本定理：光线传播的路径是需时最少的路径。

怎么理解这个规律呢？

正常情况光是沿直线传播的，因为两点之间直线最短。

但是光从空气进入水中，不是沿一条直线传播？而是发生了折射，这样距离不是变长了么？

但是我们知道，光在空气中传播速度非常快，而在水中传播速度会变得很慢。如果沿直线传播，在水中走过的路程，会比按照折射定律发生的路径要长，所用的时间反而更多，所以需要一个折射，选择用时最短的路径。

通过这条理论，可以推出真空中光沿直线传播，光的反射定律，光的折射定律。

当然费马的这个定理后来做了一定程度的修正，改成了一个更为严谨的数学表述，我们就先不说了。总之，通过费马定理，我们能推导出光的很多运动规律。