페르마의 원리 (Fermat's Principle)의 간단한 이해

페르마의 원리(Fermat's Principle)는 빛이 최단 시간이 되는 경로로 이동한다는 원리이다.

아래 그림에서 서로 다른 매질 m1과 m2가 있을 때 빛은 m2 보다 m1에서 속도가 더 빠르다.

이 때, P1에서 P2로 빛이 이동할 때 최단 시간이 되는 경로는 그림의 빨강색 경로이다. m2에서 속도가 느리다면 B1-B2를 택해서 B2의 길이를 최소로 하는 것이 최단 시간이 될 것 같지만 그렇게 되면 B1의 길이가 증가하기 때문에 A1-A2 경로보다 이동 시간이 더 증가한다. 

페르마의 원리 (Fermat's Principle)

빛이 굴절되는 각도는 두 매질에 접하는 면에서 결정된다. 즉, 빛이 두 매질이 접하는 면에 도달하면 매질의 차이에 의해 각도가 변하게 된다. 매질의 차이에 따른 각도의 변화는 스넬의 법칙을 따른다.

페르마의 원리가 빛이 마치 생물체인 것처럼 최단 경로를 찾아 간다고 착각하기 쉬운데, 빛은 매질의 차이에 따라 각도만 변화될 뿐이다. 스넬의 법칙에 따라 각도가 변화하기만 하면 자동적으로 최단 경로가 된다.