一、中国最早幻灯片、小孔成像和光的直线传播原理
《韩非子·外储说左上》记载，周国国君听说一位著名画家，能用彩色颜料在豆荚的薄膜上画画儿。于是花重金聘他为自己作画。这种画工艺极其精微繁难，整整用去画家三年的时间，画成之后，拿给国君。国君一看，跟用漆抹的一样，仔细看了半天，也没看出画的究竟是什么，便大发雷霆。画家不慌不忙地说：“您修筑一座暗室，在朝阳的一面墙上，凿一个小孔。当清晨太阳出来的时候，把画的豆荚放在小孔上观看。”国君照办。由于豆荚膜薄得透亮，通过早晨的阳光，竟映出五彩缤纷的大画面。龙蛇禽兽车马，各种生动情景无不备具，真是见所未见，美不胜收，国君因此特别欣赏。
这种由画家精工制作的，能放映彩色大画面的豆荚薄膜，是中国最早的幻灯片。墨子后学熟悉古人创造的类似工艺品。于是在墨者团体的课堂上，实验室里，做起类似的光学实验。《墨经》说：
影倒，在午（相交）有端（小孔）映影长，说在端。（《经下》）
光之入照若射（光直线传播犹如射出之箭）。下者之入也高，高者之入也下。足蔽下光，故成影于上。首蔽上光，故成影于下。在远近，有端，映于光，故影库内也。（《经说下》）
库即窟，暗室。在黑暗小屋朝阳的墙上，开一小孔。假定有一个人，对着小孔，站在屋外。在阳光照射下，屋内相对的墙上出现一倒立人影。光穿过小孔如射箭一样，是直线进行的。人的头部遮住上面射来的光，成影在下边。人的足部遮住下面射来的光，成影在上边，所以构成倒影，如图（5）。
图（5）
这就是墨家所做的精确的小孔成像光学实验，通过实验，阐述光的直线传播原理。
二、庄子“罔两问影”寓言和本影、半影的实验分析
庄子在其著名的论文《齐物论》中说：
罔两问影曰：“曩（昔）子行，今子止。曩子坐，今子起。何其无特操（没有独立意志）与？”
影曰：“吾有待而然者邪！吾所待又有待而然者邪！恶识所以然？恶识所以不然？”
《寓言》篇又说：
众罔两问于影曰：“若向也俯，而今也仰。向也括，而今也披发。向也坐，而今也起。向也行，而今也止。何也？”
影曰：“叟叟也，奚稍问也？予有而不知其所以。予蜩甲也，蛇蜕也，似之而非也。火与日，吾屯（聚，生成）也。阴与夜，吾代（谢，息灭）也。彼（指形体）吾所以有待邪，而况乎以有待者乎？彼来则我与之来，彼往则我与之往。彼强阳则我与之强阳，强阳者又何以有问乎？”
在有两个以上光源的情况下，如庄子寓言说火与日等，一个物体相应地有两个以上的影子，影子互相重叠。重叠层次最多的部分，阴影最暗，叫作本影。这就是庄子寓言中的“影”，本影周围仅由一个光源所构成的阴影，暗度较浅，叫作半影，这就是庄子寓言中的“罔两”。半影也可以有两个、三个以上，所以庄子寓言说“众罔两”。
庄子的寓言，通过罔两与影的对话，表达他相对主义不可知论的哲学观点。
墨家就人们日常生活中司空见惯的本影、半影现象，进行光学实验，描述其规律。《墨经》说：
影二，说在重。（《经下》）
二光夹一光，一光者影也。（《经说下》）
《墨经》本影和半影的实验，如图（6）所示：
图（6）
S1和S2两个光源照在圆柱体上，后面两个光源都照射不到的、完全黑暗的阴影，是本影。在只有部分光源照射到的、半暗的阴影，是半影（H1和H2）。在两个光源都照射到的部分，则完全明亮，没有阴影。《墨经》的实验，说明重影形成的原因，是由于“二光”存在。二光所形成的阴影，中间夹着一个重影。如果有三个或三个以上光源照射，依此类推。《墨经》对本影和半影的实验解释，以光的直线传播原理为基础的，是光直线传播所形成的现象。墨子后学还研究物体成影长短大小的原因：
影之大小，说在斜正远近。（《经下》）
木斜，影短大。木正，影长小。光小于木，则影大于木。非独小也，远近。（《经说下》）
这是说明物体阴影大小、长短的形成原因，一是由于物体位置的正斜，二是光源的大小和远近。墨者用一根木头做实验。在光源不变的情况下，木正则影长小（窄），木斜则影短大（宽），如图（7）。
图（7）
“光小于木，则影大于木”，相反地，“光大于木，则影小于木”。光源距物体远，则影小；光源距物体近，则影大。如图（8）。
墨者还实验和描述光的反射现象：
图（8）
影迎日，说在转。（《经下》）
日之光反烛人，则影在日与人之间。（《经说下》）
这个实验的设计是，迎着阳光竖立一平面镜（当时用青铜镜）。人站在镜前，阴影位于太阳和人体之间，也就是“影迎日”。“说在转”，即指出这一实验的关键，在于有一反射镜将日光反转（反射）。如图（9）。
三、辩者悖论“飞鸟之影未尝动”的光学解释
战国时期，是中国古代百家争鸣最繁荣的时期，当时各国诸侯和贵族为政治、外交的需要，到处搜罗有一技之长的士人、能人。其中有一种人叫作“辩者”，即善于辩论的人。他们口若悬河，能言善辩。但有时也善巧言诡辩，因此，这种人能为国君卿相的任何政策、措施作出论证。辩者的本领经过专门训练。春秋末年的邓析、战国中期的惠施和战国后期的公孙龙（前325～前250年），都是专职培养辩者的著名老师。他们先后出过几十个题目，组织学生辩论。有的题目非常奇怪，但确实引人入胜，并有一定难度。
图（9）
有一个题目是“飞鸟之影未尝（曾经）动”。根据常识，人们就知道这是一个自相矛盾的论点，或者说是一个悖论。鸟飞，影子自然也跟着动。鸟飞多快，影子移动也多快。人们常说“形影不离”、“如影随形”。谁能够想象鸟在飞，而影子从来没有动过？但古人确实就这个问题展开长期的辩论。
这个辩题载在《庄子·天下》篇，是“天下之辩者”和辩者首领惠施的辩论内容。后来的辩者同样喜欢辩论这个题目。墨子后学曾为其作出新的论证。
墨子后学是近乎百科全书式的学者，有丰富的知识。他们经常同各家探讨学问，互相吸取智慧。他们既能用科学知识批评辩者的诡辩，也能为辩者的诡辩寻找一定根据。《墨经》说：
影不徙，说在改为。（《经下》）
光至影无。若在，尽古息。（《经说下》）在鸟飞的前方有一点B，当鸟从A点飞离时，A点无鸟体遮光，也就在C处无影。墨者用归谬法证明，如果光线照到了，影子还在那里，并且永远在那里，这是不可能的。当鸟飞至B点时，又在B点遮光，于地面D处成影。依此类推，如此旧影消失、新影产生的过程连续进行。墨者认为理解这一问题的关键，在于鸟和光源相对位置的改变（“说在改为”）。
墨者“影不徙”，跟辩者“飞鸟之影未尝动也”的意思一致。所不同的是，墨者通过试验，利用光的直线传播原理对命题给予论证。而辩者只是对命题进行抽象思辨。墨者指出，平常所看到的影子移动，只是现象，而实际上影子是不动的。如图（10）示意。他们把鸟飞影动的连续过程作无穷分割。在一个确定的时间和空间，某一个影是不动的。当飞鸟处于A点时，鸟体遮光于地面C处成影。而C处的影子是不会迁徙、移动的，移动的是鸟。
图（10）
墨者和辩者的想法，预示照相和电影拷贝的技术发明。对着“飞鸟之影”拍一张照片，或拍一个电影镜头，冲洗出来一看，它是不动的。这也正是“飞鸟之影未尝动”或“影不徙”论题的本来含义。现在我们可以借助照相和电影技术，形象直观地把握这一论题，但尚无这种技术的古代人，却只能靠思辨和科学想象在头脑中加以把握。辩者“飞鸟之影未尝动”的命题，涉及对运动本质的理解。运动是间断性（每一瞬间物体在某一个地方）和连续性（每一瞬间又不在某一个地方）的统一。而该命题只表达运动矛盾本性的一个侧面和特征，即飞鸟在一瞬间在某一个地方，并没有全面揭示运动的本性。
四、球面镜成像的观察实验和科学说明
古人说：“以镜自照见形容。”古代的镜子，又叫鉴或鉴燧，用青铜制造，其中凹面镜可兼用作向日取火的工具。我国古代有十分古老和发达的铜镜制造技术。公元前12世纪前半叶，商朝国王武丁，有一个貌美能干的宠妃叫妇好，生前非常喜欢照镜子。1976年在河南安阳小屯村西北，发掘妇好墓，曾出土精制铜镜4面。这自然是她用过的心爱之物，幻想升天后继续使用。我国出土商周以后的青铜镜，为数很多。
墨者集团适应当时生产和使用青铜镜的需要，对镜面成像做种种观察实验，给予理论说明。
1. 凸面镜成像及其规律。《墨经》说：
鉴团，影一。（《经下》）
鉴者近，则所鉴大，影亦大。其远，所鉴小，影亦小。而必正。（《经说下》）其中1、2、3、表示人站的位置，l′、2′、3′表示镜后正立、缩小的虚像。
这是关于凸面镜成像的实验记录和正确的理论说明。《说文》：“团，圆也”。圆指球体。“鉴团”指凸面镜。对凸面镜而言，物体无论距离镜面远近，都只能在镜的另一侧构成一个正立、缩小的虚像。所以是“影一”，“而必正”。当人从镜面由近至远离去时，镜后的像也由大变小，以至于看不见。反之亦然。所以说“鉴者近，影亦大。其远，影亦小”。如图（11），
2. 凹面镜成像及其规律。《墨经》说：
鉴凹，影一小而易（倒），一大而正。说在中之内外。（《经下》）
图（11）
中之内：鉴者近中，则所鉴大，影亦大。远中，则所鉴小，影亦小，而必正。
中之外：鉴者近中，则所鉴大，影亦大。远中，则所鉴小，影亦小，而必易。（《经说下》）
这是对凹面镜成像的实验记录和理论说明。如果向一面镜面凹凸不平的特制玻璃镜走去，会映出奇形怪状的人像，博人发笑，这种镜叫作“哈哈镜”。墨者的实验虽不是用的哈哈镜，也颇引人兴味。试想，墨者在我们面前放一个相当大的青铜凹面镜，我们从镜前远处缓慢走向镜面，就会看见自己小而倒立的像自焦点迎面走来（像逐渐由小变大）。如图（12）中的l、2、3和1′、2′、3′等。我们走近球面中心时，人像仍然小而倒，但逐渐模糊以至看不见（因像在离自己眼睛不到二十五厘米的地方，小于人的视距）。待人走到球面中心时，像就成在这里，好比把物体放在眼球上，自然看不到，如图（12）中的4。我们继续前行，大而倒立的像成在人体后面，也看不到。我们过焦点向镜面走去，却可以在镜后看到大而正立的虚像（像逐渐由大变小）。如图（12）中的5、6和5′、6′。在两千多年前，墨者能作出如此精确的实验和正确的理论说明，难能可贵。
图（12）
3. 球面镜成像的一般规律和特殊规律。《墨经》说：
临鉴而立，影倒，多而寡少。（《经下》）
人正对球面镜站着，或形成倒立的像（这是凹面镜的特殊规律），或形成缩小的像（这是凸面镜的特殊规律），又说：
正鉴，影多寡（大小）、貌态、白黑（明暗）、远近、斜（倒）正异于光。鉴影当俱，就去亦当俱，俱用背。（《经说下》）
就是说，正对球面镜站着，成像的大小、形态面貌、明暗程度、远近、正倒都与原形有差别。这里把成像的各种现象包罗无遗。又指出，物体在镜前运动，一定会在镜中形成一个像，镜和像同时存在。物体在镜前运动，像也相应运动，而且物体和像的运动方向正好相反。就凸面镜而言，人由远向镜面趋近，像也从远向镜面趋近。如图（11）。就凹面镜而言，人在焦点外，由远及近，像则由近及远；在焦点内，人趋近于镜面，像也趋近于镜面。如图（12）。《墨经》的概括精到而准确。
《墨经》的光学知识，来源于当时生产实践，并以这些知识去答复人们的咨询。墨子后学的光学理论，在当时世界上处于领先地位，可谓神州文化的珍品。
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