Αρχή του ελαχίστου χρόνου

Οπτικός δρόμος μέσα σε ισότροπο μέσο. Το φως "διαλέγει" όχι την καμπύλη διαδρομή, αλλά την συντομότερη ευθεία.

Το φως, κινούμενο μεταξύ μέσων με διαφορετικό δείκτη διάθλασης, διαθλάται σε τέτοια γωνία έτσι ώστε ο χρόνος που απαιτείται για να μεταβεί από ένα σημείο P σε ένα σημείο Q να είναι ελάχιστος.

Σύμφωνα με την αρχή του ελαχίστου χρόνου, που είναι γνωστή και σαν αρχή του Φερμά (Fermat principle), το φως κατά τη διαδρομή του μέσα σε ένα μέσο από ένα σημείο Α σε ένα σημείο Β, ακολουθεί τον οπτικό δρόμο που θα του επιτρέψει να μεταβεί από το Α στο Β στο μικρότερο δυνατό χρόνο. Η αρχή αυτή διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον μαθηματικό Πιέρ ντε Φερμά (Pierre de Fermat) την Πρωτοχρονιά του 1662.

Σε ένα ισότροπο μέσο (n=Σταθερό) ο οπτικός αυτός δρόμος είναι η ευθεία που ενώνει τα σημεία Α και Β. Όταν όμως το κύμα περάσει από ένα μέσο σε άλλο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης, ο χρονικά συντομότερος δρόμος δεν είναι ευθεία, επειδή η ταχύτητα του κύματος είναι διαφορετική στα δυο μέσα. Ο χρονικά συντομότερος δρόμος τότε είναι μια τεθλασμένη γραμμή, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται το φαινόμενο της διάθλασης.