同样是从疏的介质到密的介质，为什么光速会降低，而音速会提升？

01-15

真空中，光速 3×10? 米/秒，音速 0；
空气中，光速 3×10? 米/秒（略慢），音速 340 米/秒；
水中，光速 2.25×10? 米/秒，音速 1500 米/秒；
玻璃中，光速 2×10? 米/秒，音速 5700 米/秒；
……

问题的前提不成立。

比如液体苯的折射率就有1.8左右，玻璃的折射率1.5左右。无论声速和光速，在苯里传播都要比在玻璃里要慢的。

对于光在介质中的速度，本质上是电磁波在介质中传播，主要是受到其介电常数和磁导率的影响，而声波是机械振动依靠分子之间的相互作用来传播的，依赖的是分子之间互作用的强度。这是完全不同的两个性质，没有必然联系。

对于波来说，波疏介质还是波密介质，跟密度没关系，波疏波密就是直接从波速来比较的。。

换句话说，对于光来说的波疏介质，可能对于声波来说是波密介质，这两者并没有什么必然联系。。

而且另一方面，电磁波和机械波确实是有不一样的地方的。。

光波与声波本质不同，二者没有可比性。

· 声波的本质是机械波，其产生、传播、吸收完全可以用流体力学与弹性力学来描述。

· 光波的本质是电磁波，其传播、吸收、散射等可以用电动力学与量子力学来描述。

另外，真空中光速 c≈3×10^8 m/s 本质上自然界物质运动的最快速度，只有静质量为 0 的物质才能以光速运动。

如果狭义相对论不成立，则光速 c=∞。

實際上兩者沒有必然聯繫

先來說光。光是一種電磁波，而電磁波可以用麥克斯韋方程組來描述

$abla cdot mathbf{D} = ho_f$ (1)

$abla cdot mathbf{B} = 0$ (2)

$abla imes mathbf{E} = - frac{partial mathbf{B}} {partial t}$ (3)

$abla imes mathbf{H} = mathbf{J}_f + frac{partial mathbf{D}} {partial t}$ (4)

在真空中，第四個方程可以寫作

$abla imes mathbf{B} = mu_0mathbf{J} + mu_0 varepsilon_0 frac{partial mathbf{E}} {partial t}$ (5)

將(3)和(5)分別取旋度，再將(1)(3)代入，可以得到

$frac{1}{c^2}frac{partial^2 mathbf{E}}{partial t^2} - abla^2 mathbf{E} = 0$

$frac{1}{c^2}frac{partial^2 mathbf{B}}{partial t^2} - abla^2 mathbf{B} = 0$

其中 $c = c_0 = frac{1}{sqrt{mu_0 varepsilon_0}}$

這就是真空中電磁波傳播的速度

如果物質是線性的，那麼(4)就可以改為

$abla imes mathbf{B} = mumathbf{J} + mu varepsilon frac{partial mathbf{E}} {partial t}$

假設材料是均質、各項同性、非色散的，那 $mu$ 和 $varepsilon$ 都是常量，因此

$c = frac{1}{sqrt{mu varepsilon}}$

至於磁導率和電導率的量子詮釋，由於我姿勢水平有限，就無法做出更進一步的解答了

再來看聲波，對於流體和固體中的縱波而言

$s = sqrt{frac{K}{ ho}}$

實際上，聲速和物質的密度是反相關的

這裡 $K$ 指的是物質的體積模量，其定義為

$K=-V(frac{partial p}{partial V})_{n}$

實際上這些材料的例子真的只是巧合。反例的話，硫酸就可以。硫酸中的光速在2.1e8m/s左右，25℃聲速為1232m/s，而水中的光速在2.25e8m/s左右，25℃聲速為1497m/s。硫酸相比於水光速也小聲速也小。

首先，说音速在密的介质中更快是不对的，没有控制变量。

看看几个音速的例子:

铝:6320m/s

铅:2160m/s

空气(常温):340m/s

氢气(常温):1295m/s

在任何介质中，音速都是和密度的1/2次方成反比的，不控制压缩率/弹性模量不变的话才会产生越密的介质中音速越快的错觉。

而光速和密度不是直接相关的。

简单地来说，光是沿射线传播的，光的传播也不需要任何介质，因为电磁波的传播不需要介质。但是，光在介质中传播时，由于光受到介质的相互作用，其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折，产生反射与折射的现象。另外，根据广义相对论，光在大质量物体附近传播时，由于受到该物体强引力场的影响，光的传播路径也会发生相应的偏折。

力的传播是需要介质的，当力在作用于物体时，物体会形变，并传播力。当硬度一定时且不超过它的弹性形变，物体的形变程度大，力也就更大。力在物体上的传播，不是跟密度有关，跟硬度有关。想象一下力在水银和一根木棍的传播速度。

光是电磁波啊, 它是"自食其力"传播哒, 真空里速度最快啦, 什么介质对它都是阻碍.

声音是机械波啊, 它需要依靠介质的震动来传递啊. 所以越硬的介质, 它就穿得越快.

甚至, 在一种传说中的叫做"刚体"的物质里, 声音还能超光速瞬移呢.

给人感觉光波喜欢真空，越接近真空传播越快。声波喜欢实的，越实传播越快。

这应该与两种波的性质有关。声波是机械波，机械波需要介质，介质越密，越接近刚体，传播越快。

声波是机械波，光波是电磁波，二者本质不同。。。。

一个是电磁波，一个是机械波。我们从波动方程知道声波速度与杨氏模量和密度有关，光波速度与介电常数和磁导率有关，所以杨氏模量高的物质（如固体）声速高，介电常数低的介质（如真空）光速高。

首先说结论：光或者说电磁波的速度可以分为三种，相速度，群速度和波前速度。而在介质中，光的相速度可以小于c，也可以大于c。光的群速度通常是小于c（极端情况这里不考虑），而光的波前速度等于c。

蓝点是相速度，绿点是群速度，红点是波前速度（所有动图来自维基百科，侵删）。

影响声速的因素和影响光速的因素完全是不同的，根本没有类比的必要。

所以这里我只想澄清一下光在介质中速度的一些误区，并聊一下折射率的来由。

高中有学过光的折射，知道光在水中或其他介质中有折射率n，而光在其中的速度v=c/n，是要小于真空中的光速的，但其实这个过程要比高中讲的要复杂的多。

我们先用电磁学的角度来看待折射率。

我们知道对于列波，比如光波，它的速度v=波长λ/周期T。通常这个结论是正确的。但我们要知道，这里我们所求得的波速是波的相速度。

而对于一列真空中的光波，它运动的速度和它的相速度是相等的。

相速度反应的是一列波波峰或者波谷的运动速度。

但是，有一些情况下，波的相速度和它的运动速度就没有关系了。

红色的波是两列相反方向运动的波的叠加，我们可以看出来它的相速度为零和两列波的运动速度无关。

这是一列从左相右运动的波，可是我们可以看到，它的相速度是相反的从右向左运动。

回到光的折射率里来，v=c/n求出来的速度是光的相速度。在真空里，一列光波的运动速度和相速度都为c，而到了水里，这列光波的相速度变为了小于c的v，但是我们知道，相速度并不能完全代表一列波的运动。

不同频率的电磁波，在相同介质里的折射率也是不一样的，这就是为什么三棱镜可以把日光发散成不同颜色的光。

大多数情况下，折射率n都是大于1的，而在特殊情况下n是可以小于1的，这就代表了这时候电磁波在介质中的相速度v=c/n要大于光在真空中的速度c。

但是，这里的相速度并不能携带信息，所以并没有违反相对论。实际上，虽然这列电磁波的相速度大于了c，但是它从A出发，到达B所用的时间还是要大于T=L/c的，就是说它的实际运动速度还是要小于等于c。

折射率是怎么来的呢？从电磁学的角度可以这样理解。

当没有介质的时候一列电磁波从A点出发到达B点是，A和B之间轴线上的电磁波可以看作是这样的。

而当有了介质之后，构成介质的物质里包含了带点的电子和质子，它们会受到电磁波的影响而产生运动，这个运动又进而会产生电磁波，所以这时候轴线上的电磁波包括了原本的电磁波再加上带电粒子运动感应出来的电磁波的叠加。

而根据数学的计算可以得知（具体推导可以看费曼物理学讲义第一册31章），这个叠加而成的电磁波会是如图，相当于是电磁波的相速度在介质里变成了比c小的v，而折射率n=c/v.

但是，如果你把介质中的电磁波放大了看，会发现其实这个时候已经是有光波到达了B点的，我们把电磁波最前方点的速度叫做波前速度，而这个波前速度其实是依旧等于真空中的光速c的。

一个由许多波叠加而成的波包，图中蓝点是相速度，绿点是群速度，红点是波前速度。群速度相当于就是这个波包的运动速度。

我们从A发射一个光信号到达B，这个光信号就可以看作是一个波包。

当有了介质的时候，这个波包的波前速度还是和原来的速度c一样，而这个波包的群速度变得比之前的速度要小，正常情况下相速度和群速度一样也变得小于c，但是在一些极端情况下，相速度可以变的大于c甚至可能等于零。

这就是一个光信号在介质中运动的电磁学的解释。

以上是用电磁波的角度来看待折射率的问题。

而用光子的角度来说就是另一回事了，有时间再更。

答一波吧。

吴大喵和高票说的很对。光波是电磁波，声波是机械波，两者的震动方式是不一样的，所以并没有什么可比性。

附:现在知乎想当然还喜欢装逼的真是多……

光波就好像是一辆一辆汽车（光子），按顺序间隔一定宽的距离排成队列，走在宽阔障碍少的六车道高速上（疏介质）和走在拥挤的晚高峰四环高架上（密介质），两者的速度自然是高速上快。

而声波就好像传染病，在人口稀少的内陆乡村传播（疏介质）和在人口爆炸的北上广深传播（密介质），两者速度自然是北上广深快（不考虑医疗水平差异）。

区别在于，光波自身不需要借助其他介质就能传播，所以一般介质越密对光波反而起阻碍作用；声波必须借助于其他介质才能传播，所以一般介质越密传播越快。

声音的传播需要介质，构成介质的颗粒间相互作用越强，越有利于声音的传播。而通常情况下，一定空间里介质颗粒越多(即越密)，则颗粒间相互作用越強。声音就传播得越快。

光的传播不需要介质，一般情况下，介质的存在是阻碍光的传播的。因此，一定空间中介质颗粒越多(即越密)，对光的阻碍越大，光就传播得慢一些。