ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในสื่อต่างๆ แสงช้า. ความเร็วแสงในตัวกลาง คำอธิบายผลของความคงตัวของความเร็วแสง

การแสดงศิลปะของยานอวกาศที่พุ่งทะยานสู่ "ความเร็วแสง" เครดิต: NASA / Glenn Research Center

ตั้งแต่สมัยโบราณ นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามทำความเข้าใจแสงสว่าง นอกจากนี้ ในการพยายามกำหนดคุณสมบัติพื้นฐานของมัน (เช่น สิ่งที่ทำ - อนุภาคหรือคลื่น ฯลฯ) พวกเขายังพยายามวัดความเร็วที่เคลื่อนที่ของมันอย่างจำกัด ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอย่างนั้นและด้วยความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น

ในการทำเช่นนั้น พวกเขาได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกของแสงและบทบาทที่สำคัญในฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ และจักรวาลวิทยา พูดง่ายๆ คือ แสงเดินทางด้วยความเร็วที่เหลือเชื่อ และเป็นวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดในจักรวาล ความเร็วของมันคือสิ่งกีดขวางที่คงที่และไม่สามารถต้านทานได้ และใช้เป็นตัววัดระยะทาง แต่เขาเคลื่อนไหวเร็วแค่ไหน?

ความเร็วแสง (s):

แสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่ 1,079,252,848.8 กม./ชม. (1.07 พันล้าน) ที่ได้คือ 299,792,458 m/s มาใส่ทุกอย่างเข้าที่ หากคุณสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง คุณก็จะสามารถเดินทางรอบโลกได้ประมาณเจ็ดครึ่งครั้งครึ่งต่อวินาที ในขณะเดียวกัน คนที่บินด้วยความเร็วเฉลี่ย 800 กม./ชม. จะใช้เวลามากกว่า 50 ชั่วโมงในการแล่นรอบโลก

ภาพประกอบแสดงระยะทางที่แสงเดินทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ เครดิต: LucasVB/โดเมนสาธารณะ

พิจารณาจากมุมมองทางดาราศาสตร์ ระยะทางเฉลี่ยจาก ถึง 384,398.25 กม. ดังนั้น แสงเดินทางในระยะนี้ในเวลาประมาณหนึ่งวินาที ในขณะเดียวกัน โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 149,597,886 กม. ซึ่งหมายความว่าใช้เวลาเพียง 8 นาทีในการเดินทางสู่แสงสว่าง

ไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมความเร็วของแสงจึงเป็นตัววัดที่ใช้ในการกำหนดระยะทางทางดาราศาสตร์ เมื่อเราพูดว่าดาวฤกษ์อย่างเช่น อยู่ห่างออกไป 4.25 ปีแสง หมายความว่าจะใช้เวลาประมาณ 4 ปี 3 เดือนกว่าจะไปถึงที่นั่น โดยเดินทางด้วยความเร็วคงที่ 1.07 พันล้านกม./ชม. แต่เรามาถึงค่าเฉพาะของความเร็วแสงได้อย่างไร

ประวัติการศึกษา:

จนถึงศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหรือในทันที ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณจนถึงนักเทววิทยาอิสลามยุคกลางและนักวิชาการในยุคปัจจุบัน มีการถกเถียงกัน แต่จนกระทั่งงานของนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Ole Römer (1644-1710) ปรากฏขึ้นซึ่งมีการวัดเชิงปริมาณครั้งแรก

ในปี ค.ศ. 1676 Römer สังเกตว่าช่วงเวลาของ Io ดวงจันทร์ชั้นในสุดของดาวพฤหัสบดีนั้นดูสั้นลงเมื่อโลกเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดีมากกว่าตอนที่มันกำลังลดระดับลง จากนี้เขาสรุปได้ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดและคาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 22 นาทีในการข้ามเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลก

ศาสตราจารย์อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในการบรรยายครั้งที่ 11 ของ Josiah Willard Gibbs ที่สถาบันเทคโนโลยีคาร์เนกีเมื่อวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2477 ซึ่งเขาอธิบายทฤษฎีของเขาว่าสสารและพลังงานเป็นสิ่งเดียวกันในรูปแบบที่ต่างกัน เครดิต: AP Photo

Christian Huygens ใช้ค่าประมาณนี้และรวมกับค่าประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลกเพื่อให้ได้ค่าประมาณ 220,000 กม./วินาที Isaac Newton ยังพูดถึงการคำนวณของ Roemer ในงาน Optics ของปี 1706 การแก้ไขระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ เขาคำนวณว่าจะใช้เวลาเจ็ดหรือแปดนาทีในการที่แสงเดินทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในทั้งสองกรณี มีข้อผิดพลาดค่อนข้างน้อย

การวัดภายหลังโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Hippolyte Fizeau (1819-1896) และ Léon Foucault (1819-1868) ได้ปรับแต่งตัวเลขเหล่านี้ ส่งผลให้มีค่า 315,000 กม./วินาที และในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักถึงความเชื่อมโยงระหว่างแสงกับแม่เหล็กไฟฟ้า

นักฟิสิกส์ทำได้โดยการวัดประจุแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าสถิต จากนั้นพวกเขาก็พบว่าค่าตัวเลขนั้นใกล้เคียงกับความเร็วแสงมาก (ตามที่วัดโดย Fizeau) จากผลงานของเขาเอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในพื้นที่ว่าง นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วิลเฮล์ม เอดูอาร์ด เวเบอร์ แนะนำว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ครั้งต่อไปเกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ในบทความชื่อ "On the Electrodynamics of Moving Bodies" Albert Einstein ระบุว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศซึ่งวัดโดยผู้สังเกตด้วยความเร็วคงที่จะเท่ากันในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อยและไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ ของแหล่งที่มาหรือผู้สังเกต

ลำแสงเลเซอร์ที่ส่องผ่านแก้วน้ำแสดงให้เห็นว่ามีการเปลี่ยนแปลงมากมายเพียงใดเมื่อเดินทางจากอากาศสู่แก้วสู่น้ำและกลับสู่อากาศ เครดิต: Bob King

จากข้อความนี้และหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอเป็นพื้นฐาน ไอน์สไตน์อนุมานทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ซึ่งความเร็วของแสงในสุญญากาศ (c) เป็นค่าคงที่พื้นฐาน ก่อนหน้านี้ การประชุมในหมู่นักวิทยาศาสตร์คือจักรวาลเต็มไปด้วย "อีเธอร์ที่มีแสง" ซึ่งมีหน้าที่ในการกระจายของมัน - นั่นคือ แสงที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เคลื่อนที่จะลากไปที่ส่วนท้ายของตัวกลาง

ในทางกลับกันหมายความว่าความเร็วแสงที่วัดได้จะเป็นผลรวมของความเร็วผ่านตัวกลางอย่างง่ายบวกกับความเร็วของตัวกลางนั้น อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีของไอน์สไตน์ทำให้แนวคิดของอีเธอร์คงที่ไร้ประโยชน์และเปลี่ยนแนวคิดเรื่องอวกาศและเวลา

(ทฤษฎี) ไม่เพียงแต่ทำให้แนวคิดที่ว่าความเร็วของแสงเท่ากันในกรอบเฉื่อยทั้งหมด แต่ยังแนะนำด้วยว่าการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญเกิดขึ้นเมื่อสิ่งต่างๆ เคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วแสง ซึ่งรวมถึงกรอบเวลา-อวกาศของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ซึ่งดูเหมือนจะช้าลง และทิศทางของการเคลื่อนไหวเมื่อการวัดมาจากมุมมองของผู้สังเกต (เช่น การขยายเวลาเชิงสัมพันธ์ ซึ่งเวลาจะช้าลงเมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง) .

การสังเกตของเขายังสอดคล้องกับสมการไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของแมกซ์เวลล์กับกฎของกลศาสตร์ ทำให้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ง่ายขึ้นจากข้อโต้แย้งที่ไม่เกี่ยวข้องของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ และสอดคล้องกับการสังเกตความเร็วของแสงโดยตรง

สสารและพลังงานมีความคล้ายคลึงกันแค่ไหน?

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้วิธีการของเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์และโพรงเรโซแนนซ์ช่วยปรับปรุงการประมาณการความเร็วของแสงอย่างละเอียดยิ่งขึ้น ภายในปี 1972 ทีมงานของสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติสหรัฐฯ ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโลราโด ได้ใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรีเพื่อให้ได้ค่าที่ยอมรับในปัจจุบันที่ 299,792,458 m/s

บทบาทในดาราศาสตร์ฟิสิกส์สมัยใหม่:

ทฤษฎีของไอน์สไตน์ที่ว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิด และกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกตก็ได้รับการยืนยันอย่างต่อเนื่องจากการทดลองหลายครั้ง นอกจากนี้ยังกำหนดขีดจำกัดบนของความเร็วที่อนุภาคและคลื่นไร้มวลทั้งหมด (รวมถึงแสง) สามารถเดินทางในสุญญากาศได้

ผลลัพธ์ประการหนึ่งคือจักรวาลวิทยาปฏิบัติต่ออวกาศและเวลาเป็นโครงสร้างเดียวที่เรียกว่ากาลอวกาศ ซึ่งความเร็วของแสงสามารถใช้กำหนดความหมายของทั้งสองได้ (เช่น ปีแสง นาทีแสง และวินาทีแสง) การวัดความเร็วของแสงอาจเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความเร่งของการขยายตัวของเอกภพ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1920 ด้วยการสังเกตของ Lemaitre และ Hubble นักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ได้ตระหนักว่าจักรวาลกำลังขยายตัวจากจุดกำเนิดของมัน ฮับเบิลยังสังเกตด้วยว่ายิ่งดาราจักรไกลเท่าไรก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น ปัจจุบันเรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิลคือความเร็วที่เอกภพขยายตัว เท่ากับ 68 กม./วินาที ต่อเมกะพาร์เซก

จักรวาลขยายตัวเร็วแค่ไหน?

ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งนำเสนอเป็นทฤษฎี หมายความว่าจริง ๆ แล้วกาแลคซีบางแห่งสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง ซึ่งสามารถกำหนดขีดจำกัดของสิ่งที่เราสังเกตเห็นในจักรวาลของเรา โดยพื้นฐานแล้ว ดาราจักรที่เคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงจะข้าม "ขอบฟ้าเหตุการณ์จักรวาลวิทยา" ซึ่งมองไม่เห็นเราอีกต่อไป

นอกจากนี้ ภายในปี 1990 การวัดค่า redshift ของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวของเอกภพได้เร่งตัวขึ้นในช่วงสองสามพันล้านปีที่ผ่านมา สิ่งนี้นำไปสู่ทฤษฎี "พลังงานมืด" ซึ่งแรงที่มองไม่เห็นผลักดันการขยายตัวของอวกาศ แทนที่จะเป็นวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านมัน (โดยไม่จำกัดความเร็วของแสงหรือการละเมิดสัมพัทธภาพ)

นอกเหนือจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปแล้ว ความหมายสมัยใหม่ของความเร็วแสงในสุญญากาศยังเกิดขึ้นจากจักรวาลวิทยา กลศาสตร์ควอนตัม และแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค มันยังคงที่เมื่อมันมาถึงขีดจำกัดบนที่อนุภาคไร้มวลสามารถเคลื่อนที่ได้ และยังคงเป็นอุปสรรคที่ไม่สามารถบรรลุสำหรับอนุภาคที่มีมวล

บางทีสักวันหนึ่งเราจะหาวิธีที่จะเกินความเร็วแสงได้ แม้ว่าเราจะไม่มีแนวคิดที่ใช้งานได้จริงว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่ดูเหมือนว่าการใช้เงินอย่างชาญฉลาดในเทคโนโลยีจะช่วยให้เราก้าวข้ามกฎของกาลอวกาศได้ ไม่ว่าจะโดยการสร้างฟองสบู่วาร์ป รูหนอน)

รูหนอนคืออะไร?

จนกว่าจะถึงเวลานั้น เราจะต้องพอใจกับจักรวาลอย่างที่เราเห็น และพยายามสำรวจส่วนที่เข้าถึงได้ด้วยวิธีการทั่วไป

ชื่อบทความที่คุณอ่าน “ความเร็วแสงเท่าไหร่?”.

ดัชนีหักเหสาร - ค่าเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วเฟสของแสง (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ในสุญญากาศและในตัวกลางที่กำหนด พวกเขายังพูดถึงดัชนีการหักเหของแสงสำหรับคลื่นอื่นๆ เช่น คลื่นเสียง
กฎพื้นฐานของทัศนศาสตร์
แม้กระทั่งก่อนที่ธรรมชาติของแสงจะถูกสร้างขึ้น กฎพื้นฐานของทัศนศาสตร์ก็เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว: กฎของการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงของแสงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง กฎความเป็นอิสระของลำแสง (ใช้ได้เฉพาะในเลนส์เชิงเส้น); กฎการสะท้อนของแสง กฎการหักเหของแสง
กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง:แสงเดินทางเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง

ข้อพิสูจน์ของกฎข้อนี้คือการปรากฏตัวของเงาที่มีขอบเขตแหลมคมจากวัตถุทึบแสงเมื่อส่องสว่างด้วยแหล่งกำเนิดแสงแบบจุด อย่างไรก็ตาม การทดลองอย่างระมัดระวังแสดงให้เห็นว่ากฎข้อนี้ถูกละเมิดหากแสงผ่านรูเล็กๆ มาก และการเบี่ยงเบนจากความตรงของการแพร่กระจายยิ่งมากขึ้น รูยิ่งเล็กลง

กฎความเป็นอิสระของลำแสง:ผลกระทบที่เกิดจากลำแสงเดียวไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าลำแสงอื่นทำงานพร้อมกันหรือถูกกำจัดออกไป โดยการแยกฟลักซ์ของแสงออกเป็นลำแสงแยก (เช่น การใช้ไดอะแฟรม) จะเห็นได้ว่าการกระทำของลำแสงที่เลือกนั้นเป็นอิสระจากกัน

หากแสงตกกระทบที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางสองตัว (สารโปร่งใสสองตัว) ลำแสงตกกระทบจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน - สะท้อนแสง IIและหักเห สาม,ซึ่งกำหนดทิศทางโดยกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง

กฎการสะท้อน:ลำแสงสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกันกับลำแสงตกกระทบและเส้นตั้งฉากที่ลากไปยังส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางทั้งสองที่จุดตกกระทบ มุม ผม"1 การสะท้อน เท่ากับ มุม ผม 1 ฤดูใบไม้ร่วง:

กฎการหักเหของแสง:ลำแสงตกกระทบ ลำแสงหักเห และเส้นตั้งฉากที่ลากไปยังส่วนต่อประสานที่จุดเกิดอยู่ในระนาบเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางเหล่านี้:

ที่ไหน น 21 -ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์สภาพแวดล้อมที่สองเทียบกับสภาพแวดล้อมแรก ดัชนีในสัญกรณ์มุม ผม 1 , ผม" 1 , ผม 2 ระบุว่าลำแสงของตัวกลาง (ตัวแรกหรือตัวที่สอง) จะไปที่ใด

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของสื่อสองชนิดเท่ากับอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์:

ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์สิ่งแวดล้อมเรียกว่าปริมาณ นเท่ากับอัตราส่วนความเร็ว คคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศจนถึงความเร็วเฟส วีในสภาพแวดล้อม:

การกระจายแสง(การสลายตัวของแสง) เป็นปรากฏการณ์เนื่องจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของสสารบนความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ของแสง (การกระจายความถี่) หรือสิ่งเดียวกัน การขึ้นต่อกันของความเร็วเฟสของแสงในสาร เกี่ยวกับความยาวคลื่น (หรือความถี่)
การกระจายตัวเชิงพื้นที่คือการพึ่งพาค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางบนเวคเตอร์คลื่น การพึ่งพาอาศัยกันนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่างที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โพลาไรซ์เชิงพื้นที่

ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดอย่างหนึ่งของการกระจายตัวคือการสลายตัวของแสงสีขาวเมื่อผ่านปริซึม (การทดลองของนิวตัน) สาระสำคัญของปรากฏการณ์การกระจายตัวคือความแตกต่างในความเร็วการแพร่กระจายของรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันในสารโปร่งใส - สื่อแสง (ในขณะที่ในสุญญากาศความเร็วของแสงจะเท่ากันเสมอโดยไม่คำนึงถึงความยาวคลื่นและด้วยเหตุนี้สี) . โดยปกติ ยิ่งความถี่ของคลื่นแสงมากเท่าใด ดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางก็จะยิ่งมากขึ้น และความเร็วของคลื่นในตัวกลางก็จะยิ่งต่ำลง:

สำหรับแสงสีแดง ความเร็วการแพร่กระจายในตัวกลางมีค่าสูงสุด และระดับการหักเหของแสงน้อยที่สุด

แสงสีม่วงมีความเร็วการแพร่กระจายต่ำสุดในตัวกลางและระดับการหักเหสูงสุด

การเลี้ยวเบนของคลื่น- ปรากฏการณ์ที่แสดงออกว่าเป็นการเบี่ยงเบนจากกฎของทัศนศาสตร์เรขาคณิตระหว่างการแพร่กระจายของคลื่น เป็นปรากฏการณ์คลื่นสากลและมีลักษณะเป็นกฎเดียวกันเมื่อสังเกตสนามคลื่นที่มีลักษณะต่างกัน

การเลี้ยวเบนเชื่อมโยงกับปรากฏการณ์การรบกวนอย่างแยกไม่ออก คลื่นรบกวน- การเพิ่มขึ้นหรือลดลงร่วมกันในแอมพลิจูดที่เกิดจากคลื่นแสงตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไปเมื่อซ้อนทับกัน นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบนมักถูกตีความว่าเป็นกรณีของการรบกวนของคลื่นที่จำกัดในอวกาศ (การรบกวนของคลื่นทุติยภูมิ) คุณสมบัติทั่วไปของเอฟเฟกต์การเลี้ยวเบนทั้งหมดคือการขึ้นอยู่กับระดับของการแสดงออกของมันในอัตราส่วนระหว่างความยาวคลื่น λ และความกว้างของหน้าคลื่น d หรือหน้าจอทึบแสงในเส้นทางของการแพร่กระจายของมัน หรือความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในโครงสร้างของ คลื่นตัวเอง

โพลาไรซ์ของคลื่น- ลักษณะของคลื่นตามขวางซึ่งอธิบายพฤติกรรมของเวกเตอร์ของปริมาณการสั่นในระนาบตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น

ที่ ตามยาวในคลื่น โพลาไรเซชันไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เนื่องจากทิศทางของการสั่นในคลื่นประเภทนี้มักเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของการแพร่กระจาย

คลื่นตามขวางมีลักษณะเฉพาะสองทิศทาง: เวกเตอร์คลื่นและเวกเตอร์แอมพลิจูด ซึ่งตั้งฉากกับเวกเตอร์คลื่นเสมอ เวกเตอร์คลื่นแสดงทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น และเวกเตอร์โพลาไรซ์แสดงถึงเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า ดังนั้นในอวกาศสามมิติ จะมีอิสระเพิ่มขึ้นอีกระดับหนึ่ง - การหมุนรอบเวกเตอร์คลื่น

กระจก

อุปกรณ์ออปติคัลที่ง่ายที่สุดที่สามารถสร้างภาพของวัตถุได้คือ กระจกแบน. ภาพของวัตถุที่ได้จากกระจกแบนนั้นเกิดจากรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิวกระจก ภาพนี้เป็นเพียงจินตนาการ เพราะมันเกิดขึ้นจากจุดตัดไม่ใช่ของรังสีสะท้อนเอง แต่เกิดจากความต่อเนื่องของพวกมันใน "กระจก"
กระจกทรงกลมเรียกว่า พื้นผิวสะท้อนแสงแบบพิเศษ ซึ่งมีรูปร่างเป็นปล้องทรงกลม ศูนย์กลางของทรงกลมที่ส่วนถูกตัดเรียกว่า ศูนย์ออปติคอลของกระจก. ส่วนบนสุดของปล้องทรงกลมเรียกว่า เสา. เส้นตรงที่ลอดผ่านจุดศูนย์กลางแสงและขั้วกระจกเรียกว่า แกนแสงหลักกระจกทรงกลม แกนออปติคัลหลักแตกต่างจากเส้นตรงอื่นๆ ทั้งหมดที่ผ่านศูนย์กลางออปติคัลโดยข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นแกนสมมาตรของกระจกเท่านั้น

กระจกทรงกลมคือ เว้าและ นูน. หากลำแสงที่ขนานกับแกนลำแสงหลักตกลงมาบนกระจกทรงกลมเว้า หลังจากการสะท้อนจากกระจก รังสีจะตัดกันที่จุดที่เรียกว่า เน้นหลักสำคัญกระจกเอฟ.

เลนส์- ส่วนหนึ่งของวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันที่โปร่งใสในการมองเห็น ถูกจำกัดด้วยพื้นผิวหักเหที่ขัดเงาสองพื้นผิวของการปฏิวัติ ตัวอย่างเช่น ทรงกลมหรือแบนและทรงกลม (และไม่เพียงเท่านั้น เลนส์ยังใช้ในเทคโนโลยีไมโครเวฟด้วย และเลนส์เหล่านี้มักประกอบด้วยไดอิเล็กทริกทึบแสงหรือชุดแผ่นโลหะ)