スネルの法則(スネルのほうそく、英: Snell's law)とは、波動一般の屈折現象における二つの媒質中の進行波の伝播速度と入射角・屈折角の関係を表した法則のことである。屈折の法則(くっせつのほうそく)とも呼ばれる。この法則はホイヘンスの原理によって説明することができる。 媒質Aにおける波の速度を v A {\displaystyle v_{\mathrm {A} }} 、媒質Bにおける波の速度を v B {\displaystyle v_{\mathrm {B} }} 、媒質Aから媒質Bへの入射角(またはBからAへの屈折角)を θ A {\displaystyle \theta _{\mathrm {A} }} 、媒質Bから媒質Aへの入射角(またはAからBへの屈折角)を θ B {\displaystyle \theta _{\mathrm {B} }} とすると、以下の関係が成立する。 sin θ A sin θ B = v A v B {\displaystyle {\sin \theta _{\mathrm {A} } \over {\sin \theta _{\mathrm {B} }}}={v_{\mathrm {A} } \over {v_{\mathrm {B} }}}} ここで、 v A v B {\displaystyle {v_{\mathrm {A} } \over {v_{\mathrm {B} }}}} の値を媒質Aに対する媒質Bの相対屈折率と定義し、これを n A B {\displaystyle n_{\mathrm {AB} }} (または n A → B {\displaystyle n_{\mathrm {A\rightarrow B} }} )で表す。以上のことをまとめると sin θ A sin θ B = v A v B = n A B {\displaystyle {\sin \theta _{\mathrm {A} } \over {\sin \theta _{\mathrm {B} }}}={v_{\mathrm {A} } \over {v_{\mathrm {B} }}}=n_{\mathrm {AB} }} となる。 ・媒質中の速度は「真空中の速度よりどれぐらい遅いか」で表す。この指標を『絶対屈折率 アレクサンドリアのギリシャ人プトレマイオス [1] は光の入射角・屈折角の関係を見出したが、角度が大きいときには不正確だった。プトレマイオスは実験に基づいた正確な法則を見つけたと確信していたが、理論に合うようにデータをごまかしていた(確証バイアス)[2]。イブン・アル・ハイサムは著書「光学の書」(1021)で屈折の法則の発見により近づいたが、発見には至らなかった[3]。 屈折の法則は、バグダッドのイブン・サフル(Ibn Sahl
定義
歴史
屈折の法則は1602年にトーマス・ハリオットによって再発見された[7]。ハリオットはこのテーマについてケプラーと文通していたにもかかわらず、この結果は出版されなかった。1621年にヴィレブロルト・スネルも独立にこの法則を発見したが、生前には出版されなかった。これと独立してルネ・デカルトは1637年に発表した方法序説試論において、発見的な運動量保存の議論を使って正弦関数で表された屈折の法則を導き、光学の問題を解くために利用した。ピエール・ド・フェルマーはデカルトの導出を受け入れず、自身の最小時間の原理に基づいて同じ結果を導いた。
科学史家のディクステルホイスによれば[8]、「デカルトはスネルの論文を見て自分の証明を作り上げたと、イサーク・フォシウス(Issac Vossius)がDe natura lucis et proprietate[9]の中で述べている。我々は今日この非難が不当なものであると知っているが、この話はこれまで何度も採用されてきた。」という。フェルマーとホイヘンスも、デカルトがスネルの論文を盗用したと非難している。
フランス語でスネルの法則は「デカルトの法則」「スネル-デカルトの法則」と呼ばれている。
クリスティアーン・ホイヘンスは1678年に「光についての論考」の中で、今日ホイヘンス=フレネルの原理と呼ばれる手法を使って、スネルの法則がどのように光の波動性から導かれるのかを明らかにした。 媒質が変化しても同一波の周波数は変化しないので、上の法則をさらに発展させると、次のようになる。 sin θ A sin θ B = λ A λ B = v A v B = n A B {\displaystyle {\sin \theta _{\mathrm {A} } \over {\sin \theta _{\mathrm {B} }}}={\lambda _{\mathrm {A} } \over {\lambda _{\mathrm {B} }}}={v_{\mathrm {A} } \over {v_{\mathrm {B} }}}=n_{\mathrm {AB} }} λ A {\displaystyle \lambda _{\mathrm {A} }} :媒質Aでの波の波長 λ B {\displaystyle \lambda _{\mathrm {B} }} :媒質Bでの波の波長
発展