为什么光的传播时间最短
A. 光的传播原理是什么
费马原理解释光的直线传播：由于光在同一种均匀介质中的速度必然相同，故介质中任意二点间的路程以直线为最短，故需时也最短。故此，其传播路线必然为直线，费马原理在光的反射和光的折射中同样成立，这就为理解光的传播基本原理提供新的手段。
传播途中每一点都是一个次波点源，发射的是球面波，对光源面（一个有限半径的面积）发出的所有球面波积分，当光源面远大于波长时结果近似为等面积、同方向的柱体，即表现为光的直线传播。光的量子性可以解释光的产生和吸收规律，光的传播规律，也就是电磁波的传播规律。
光的传播并不总沿直线传播其条件有，传播介质是同一种，传播光的物质就是介质。但这并不代表光在二种或多种介质中传播，其传播路线一定不是直线。
光从空气垂直进入玻璃中，其传播路线还是直线。但在二种介质中传播发生斜射时，其反射和折射光线，都与入射光线不在同一条直线上，即其传播路线不再是一条直线，传播介质是均匀的，传播介质各处物质分布相同，即各处密度、物质种类等完全相同。
(1)为什么光的传播时间最短扩展阅读
光的传播速度与介质种类有关，光的传播可以在真空中进行，而且其在真空中的光速还最大，光的其它介质中的速度显然都小于光在真空中的速度，故光在真空中的速度是宇宙间的极限速度。光在真空中的速度为宇宙间的极限速度大小为3.0×108m/s。
光在其它介质中的速度通常并不相等，而且均小于光在真空中的速度，狭义相对论的基本原理之一是光速不变原理，这与光速定义为一固定值是相一致的。
参考资料网络--光的传播
B. 为什么光会沿光程最短的路径传播
首先先明确光程的概念，光程并非所谓两点之间距离，而是“在相同时间内光线在真空中传播的距离”，在非真空的介质中，光程等于介质相对折射率乘以光在介质中传播的路程。
如果不好理解，可以理解为：光会沿传播所耗时间最短路程传播。
然而到这里为止，以上的说法，在没有边界条件的情况下，都是错的……下面我们来解释正确的东西：
首先几何光学三大公理：
光在处于无引力影响的均匀介质内沿直线传播，简称光沿直线传播
弱光在线性条件下可穿越另外一束光而不发生干涉，简称光的独立传播
光的反射和折射，符合反射折射定律。
这些公理的存在，建立于，至今为止无人发现事实证明他们错误，并发现更多事实去证明他们是正确的。
然后请出你所谓“光会沿光程最短的路径传播”的始作俑者：费马原理
费马原理的具体表述为：光沿着所需时间为平稳的路径传播，或者说，光线传播的路径所需的时间可能不是最小值，而是最大值，或甚至是拐值。——对，没错。这个表示和光会沿光程最短的路径传播八竿子打不到一起……
如果你要问费马是怎么得出这个原理的——我可以告诉你，这是事实上只是他是用实验结合未成熟的微积分得到的实验经验……也就是说，费马原理最初被提出，没有办法被严格证明，只能通过实验证明他是对的。在他那个时代根本没有足够的数学和物理工具证明他的论点……
为什么我们现在会把他作为一个正确原理呢——感谢伟大的麦克斯韦和后世的一堆科学家数学家——我必须承认我自己也忘记怎么用麦克斯韦方程去证明费马原理了，所以直接拉来某乎网页链接←自己看……
如果你看完了你会发现，这些证明也压根没法和光会沿光程最短的路径传播搭边，因为事实上，以上你看到的所有证明都是证明费马原理最初的解释：线传播的路径所需的时间可能不是最小值，而是最大值，或甚至是拐值：
或者把它翻译为数学语言，光路的一阶微分环积分和为0。
yes，光会沿光程最短的路径传播，事实上是有严格边界条件的说法，在某些光路中，光会沿光程最短的路径传播符合光路的一阶变分环积分和为0。
所以综上所述，把“光会沿光程最短的路径传播”单独拿出来，是错的。如果非得要把这一句话拿出来的话，就必须在这个定律外附加条件：
符合几何光学三大定律
光会符合条件1的情况下，沿着令光程最短的路径进行传播
至于如何证明以上表述和——光路的一阶变分环积分和为0 是一个意思，我也的确不知道，所以我并不推荐用所谓光会沿光程最短的路径传播的表述方式，而是用“光的传播方式符合费马原理”，其中费马原理指的是：光会沿着光路的一阶变分环积分和为0的方式传播。
C. 光的传播需要多长时间我们看到的是不是过去
以太阳的光为例，他大概是需要500s的时间左右，阳光是最重要的自然光源，它在地球上发光，使整个世界丰富多彩，当光线随时间和天气变化时，它将直接影响图像的颜色。除了阳光，还有其他种类的光源，例如我们日常生活中使用的光，它是一种人造光源，比阳光弱得多，其中包含的可见光比例也不同于阳光。
其值为50～80千米／秒·万亿秒差，根据该定律，只要测量外星线的红移Z，就可以计算出星系的距离D。谱线红移法可用于测量100亿光年的距离，宇宙中的距离不是用地球上常用的公里来测量的。宇宙的规模太大了。根据不同的尺度，有几个测量单位，最简单的一个测试就是1秒的距离约为 3.261 光年。
关于光的传播需要多长时间我们看到的是不是过去的问题，今天就解释到这里。
D. 光走更长的路反而时间更短，这究竟是为什么呢
生活中我们为了更快地到达目的地，最好的办法是沿着自己与目的地之间的直线连接行走，这样的路程是最短的，因此花的时间也是最少的，这个道理我们都懂，但是我们从光的传播中却得到一个这样的结果：路程最短，时间却不一定最短。这不是与我们的现实生活相矛盾吗？在揭示这种现象时，我们先了解下面的一些知识。
E. 请问光为何会在没有干扰的情况下沿直线传播
光的直线传播定律
光的直线传播定律
light，law of rectilinear propagation of
几何光学的基本定律之一。光在均匀介质中沿直线传播，针孔成像、不透明物体在点光源照射下影的产生等都是直线传播定律的例证。早在中国战国时期的墨家着作《墨经》中，就根据光的直进性思想讨论了影的产生，并解释了针孔成像实验中倒像的成因。由于光具有波动性，当光在传播过程中遇到障碍物时，将偏离直线传播路径而产生衍射现象。根据衍射理论，光的波长愈长，衍射现象愈明显，只有在波长比起障碍物(或通光孔径)的几何线度小得多的条件下，衍射现象才能忽略不计，从而直线传播定律成立。因此，以光的直线传播定律为基础的几何光学是在光波波长λ→0的极限情形下讨论光的传播问题的。
F. 为什么光的传播总是使光在某两点间的传播时间最短，运动学中运用折射定律
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费马原理
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费马原理是几何光学中的一条重要原理，由此原理可证明光在均匀介质中传播时遵从的直线传播定律、反射和折射定律，以及傍轴条件下透镜的等光程性等。光的可逆性原理是几何光学中的一条普遍原理，该原理说，若光线在介质中沿某一路径传播，当光线反向时，必沿同一路径逆向传播 。费马原理规定了光线传播的唯一可实现的路径，不论光线正向传播还是逆向传播，必沿同一路径。因而借助于费马原理可说明光的可逆性原理的正确性。光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。
中文名称：费马原理
外文名称：Fermat principle
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用途
地震学
地震波沿射线传播的旅行时和沿其他路径传播的旅行时相比为最小，亦是波沿旅行时最小的路径传播。
光学
光线在两点间的实际路径是使所需的传播时间为极值的路径。在大部分情况下，此极值为最小值，但
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费马原理
有时为最大值，有时为恒定值。
原理
光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。又称最小时间原理或极短光程原理，法国数学家费马于1657年首先提出。设介质折射率n在空间作连续变化，光传播路程ds所需时间为式中c为真空中的光速。
光沿ACB曲线从A点传播到B点所需时间为费马原理指出了光传播的实际路径，这是一条所需时间τ为极小值的路径。实际上τ除取极小值外，还可取极大值或稳定值，总之，τ应取极值。光在介质中传播时，光传播的几何路程与介质折射率之乘积称为光程。上式中的积分就是光沿 ACB曲线从A点传到B点的总光程。故费马原理也可表述为：光传播的实际路径是使光程取极值（极小值、极大值或稳定值）。
光程取极值的条件为光程的一阶变分等于零，即此即费马原理的数学表达式。费马原理是几何光学中的一条重要原理，由此原理可证明光在均匀介质中传播时遵从的直线传播定律、反射和折射定律，以及傍轴条件下透镜的等光程性等。光的可逆性原理是几何光学中的一条普遍原理，该原理说，若光线在介质中沿某一路径传播，当光线反向时，必沿同一路径逆向传播 。费马原理规定了光线传播的唯一可实现的路径，不论光线正向传播还是逆向传播，必沿同一路径。因而借助于费马原理可说明光的可逆性原理的正确性。
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费马原理
应用
费马原理对折射定律的证明
假设光从介质n1入射到介质n2。在两个介质的交界面上取一条直线为x轴，法线为y轴，在入射光线上任取一点A(x1, y1)，光线与两介质交界面的交点为B(x, 0)，在折射光线上任取一点C(x2, y2)。
G. 大家帮忙解释一下“光程最短理论”，谢谢啦！
假设
在N种介质中，光速分别为v1，v2，……，vN
在N种介质中，路程分别为s1, s2, ……, sN
光会走时间最短的路线
注意是“时间”,即 s1/v1 + s2/v2 + …… + sN/vN 最小
而不是 s1+s2+……+sN 最小
譬如，分别处在玻璃和空气中的两点，它们之间的光路，满足 s1/v1 + s2/v2最小，因为玻璃中光速较慢，所以光“选择”了一条在玻璃中少走一些，而在空气中多走一些的路线
但看起来光“走了弯路”，其实它“省了时间”，这就是“光程最短理论”了。
H. 光为何选最短时间路径，等同于最少能量消耗路径吗
2楼的兄弟回答错了，应该。怎么说呢？我曾经也问过一个相似的问题，后来我老师告诉我《费曼物理学讲义》——《TheFeynmanLecturesonPhysics，Vol.》里边有。
我下了个中文版的，在迅雷里可以下，只是最近工作忙没来得及看。
为什么说2楼的错了呢？其实一个很简单的道理，光子能量E=hν，它说光子能量通过折射速度降低了，跟着能量也损失了，因为h是普郎克常数，E减小，也就是ν减小，光的颜色会向红端退移，简单的说，如果按照2楼的兄弟的意思，光从真空中经过玻璃，因为玻璃折射的缘故，光子能量减小，颜色就会改变，但是，这明显是个悖论……隔着玻璃看树叶和取开玻璃看树叶，树叶的颜色不都是一样的吗？换句话说，光子能量并没有损失……【接受“自由总裁”的批评，光子数减少，光强度减弱，总能量也减小了，E=nhν，n为光子数。】
具体怎么解释我也不太清楚，不过如果你现在有时间的话，建议你看看《费曼物理学》的光学部分就清楚了！
费曼老儿说话很风趣，讲物理的时候更是妙趣横生、左右逢源，不像国内一些教授那样只会死背书，背死书，所以，就初中生而言，作为科普读物或者是一个国外版的教材是很适用的。
如果要的话，可以加我网络，我传给你也可以，你自己去迅雷下也可以。
下图中的就是光的折射现象，蒙气差，和海市蜃楼的上现蜃景一样，你何时见过海市蜃楼或是蒙气差成的虚象把原本发光或反光实物的本质颜色都改变过的？
I. 为什么光总是走最短的路线
光线有一个特性，就是它走过的空间两点时间最短。(不要问为什么有这个特性，可能需要爱因斯坦来解释了。)
当从水里的一点经过折射到岸上的一点:
V水*t水+v空气*t空气=L光程
t水+t空气=最小
水里的一点到岸上一点画几何意义上的直线，这条线往往不是垂直于水面，这条线在水里的距离比较长，光作水中传播速度慢，它就选择了短一些的水中的光程，加长空气中的光程，形成折射现象。
有个形象的解释：你从北京东面到西面，城里容易堵车，不好走；5环上不堵车。你为了赶时间，不走直线，开车从东面上5环，绕了大半个北京城，然后在西面下5环——你也发生“折射”了。