惠更斯原理如何解释光沿直线传播？
惠更斯原理是描述波传播行为的重要理论，由荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯于17世纪提出。该原理指出：波阵面上的每一点都可以看作是一个新的点波源，这些点波源会发出次级子波，而在其后任意时刻，这些次级子波的包络面就构成了新的波阵面。这个原理最初用于解释声波和水波的传播，后来被推广到光学领域。那么，一个描述波动的原理，如何能解释我们熟知的“光沿直线传播”这一几何光学现象呢？关键在于理解其对于平面波的处理。
从球面子波到直线波阵面
考虑一束来自遥远光源的平行光，其初始波阵面是一个平面。根据惠更斯原理，我们可以在这个平面波阵面上选取无数个点作为次级子波源。每个点都会向所有方向发出球面子波。经过一段很短的时间后，这些球面子波都传播了相同的距离。此时，所有向前传播的球面子波的前沿会相互叠加，而它们最外缘的公共切面恰好形成了一个新的、与原来平行的平面波阵面。这个新的波阵面正是所有向前传播的次级波相干叠加后强度最大的区域。而向其他方向传播的次级波，则会因为相互抵消而强度为零。这个过程连续进行，宏观上就表现为波阵面始终以平行的平面向前推进，即光沿着与波阵面垂直的直线方向传播。
原理的深化与意义
惠更斯原理直观地展示了光的直线传播只是波动传播在均匀介质中的一个特例。它更强大的地方在于能够解释光遇到障碍物或通过狭缝时发生的衍射现象——当波阵面不完整时（例如被障碍物遮挡一部分），边缘处的次级子波无法被全部抵消，从而会向几何阴影区扩展，这正是光不沿“直线”传播的证据。因此，惠更斯原理在几何光学与波动光学之间架起了一座桥梁：它既能在波阵面完整时推导出光的直线传播定律，也能预言当条件改变时（如遇到小孔或障碍物），光将展现出波动特有的衍射行为。这让我们明白，“光沿直线传播”并非绝对真理，而是在波长相对于障碍物尺寸很小的情况下，波动光学的一个极佳近似。