Der bekannte Wert der Lichtgeschwindigkeit von rund $3\cdot 10^8$ m/s stimmt im Prinzip auch für Medien. Die primäre Lichtwelle (in der Abb. schwarz) regt aber die Atome im Stoff zu Schwingungen an, die in Summe eine gestreute Welle erzeugen (rot). Die Überlagerung der gestreuten Welle mit der primären Lichtwelle addiert sich zu einer verzögerten Gesamtwelle (blau), die wir dann wahrnehmen. Unter dem Strich sieht es also so aus, als wäre das Licht langsamer geworden. Je größer die Brechzahl n, desto größer die optische Dichte, desto stärker ist die Gesamtwelle verzögert.
| Die primäre Lichtwelle (schwarz) baut im Medium eine gestreute Welle auf (rot). Die Überlagerung führt zu einer verzögerten Gesamtwelle (blau). Es sieht so aus, als wäre das Licht langsamer geworden. |
Diese Geschwindigkeitsänderung ist die Erklärung für die Brechung des Lichts an der Grenze zu einem anderen Medium. Jede Welle legt den Weg zwischen zwei Punkten in der kürzesten Zeit zurück. Das besagt das Prinzip von Fermat. Der zeitlich kürzeste Weg hat einen Knick, wenn die Geschwindigkeiten in den beiden Medien nicht gleich groß sind, etwa wenn Licht schräg von Luft in Glas eindringt oder es wieder verlässt. Es ist wie am Strand (F4). Für den Menschen ist der Weg über C am schnellsten, weil er im Wasser langsamer ist. Das entspricht einer Brechung zum Lot. Für den Delfin ist der Weg über A am schnellsten, weil er am Sand langsamer ist. Das entspricht einer Brechung vom Lot. Mit Hilfe des Fermat-Prinzips kann man das Brechungsgesetz sehr elegant ableiten.
| Einige Beispiele für Lichtgeschwindigkeiten in verschiedenen Materialien, $n$ bezeichnet man als Brechzahl. |