三．力学成就

《考工记·轮人篇》在论述车轮制造时，以受力、运动和不同接触地面的影响等因素出发，在讲到轮子的形状与运动快慢之间的关系时说：“凡察车之道……不微至，无以为速也”。“微至”是指轮和地面的接触面积少。就是说，车轮与地面接触少，就容易转得快。那么，怎样才能达到“微至”呢？它接着指出：“欲其微至也，无所取之，取之圜（圆）。”即要尽量把轮子做成理想圆。这是在实践中对滚动物体的滚动速度与滚动物体的接触面积大小有关的经验总结，是符合近代摩擦理论的。在论述如何检验轮子各部分是否做得均匀时，它说：“楺辐必齐，平沈（沉）必均。”“水之以视（视）其平沈之均也。”这里水之，即浸入水中，如果“平沈”即浮沉相同，则轮子各部分必定是均匀的，就符合制作轮子的要求了。这是浮力原理在制造轮子中的应用。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，它说：轮太矮，马就老在上坡一样。从现在力学知识看，当轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克服运动阻力外，要承受部分重力，因此马总象上坡一样费劲。这是实践中对斜面受力的一种极好的分析。

《考工记》还分析了与弹道有关的技术。它在《矢人篇》中说：“水之以辩其阴阳，以设其比，夹其比以设其羽，参分其羽，以设其刃，则虽有疾风，亦弗之能惮矣。”这就是说，为了要使箭在飞行中保持稳定，采取了把箭上的羽毛按一定比例对称地安排，然后加上箭头，则在飞行中就不怕风的影响了。接着又说：“前弱则俛（俯），后弱则翔（仰），中弱则纡（纡絗旋转之意），中强则扬。”“羽丰则迟，羽杀则。”这说明了箭杆如果前轻后重，或前重后轻，都会影响飞行的高度；中间轻重配置不当，会影响飞行的稳定性；羽毛太多，则飞行速度慢。而羽毛太少，则箭容易落向旁侧，射不到目的物。

《考工记》最早作出了关于物体惯性的论述。在《辀人篇》中说：“劝登马力，马力既竭，辀尤能一取焉”。意思是说，马拉车的时候，马已停止用力了，但车还能前进一段路程，这里指出了物体的一种基本属性——惯性，这也是世界上对惯性现象的最早论述。

东汉王充在对物体的运动进行了仔细观察的基础上，在《论衡》中指出了人的视觉，在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。他在《论衡》中说：“天行已疾，人去高远，视之若迟。盖望远物者，动若不动，行若不行；何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行一实也，或疾或迟，远近之视使之然也。”说明是由于观察者离运动物体远近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观察物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上，又说“日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行千里，然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的，说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。

关于力和运动的关系，王充说：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾，”“任重，其进取疾速，难矣。”又说“古之多力者，身能负荷千钧。乎能决角伸钩，使之自举。不能离地。”显然已不仅知道在外力的作用下，若外力大小一定，则物体越重，要它开始运动，或使之运动状态发生变化就越难。这显然是现在称之为牛顿第二运动定律的萌芽，而且还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。

漏水运转浑天仪和候风地动仪，是东汉张衡（公元78—139年）根据物理的力学原理先后制成的。它们分别在天象和地震观察上发挥了作用。漏水运转浑天仪是一台自动测示天象的仪器，它以一空心铜球表示天球，天球画有星座和黄道、赤道，紧附在天球外的有地平环和子午环等，天球可以支架在子午环上绕天轴转动。另外把计量时间的漏壶与浑象联系起来，即利用漏壶的等时性，以漏壶漏出的水为原动力，再通过浑象内部装置的齿轮等使传动和控制设备，以使浑象每日均匀地绕天轴旋一周从而达到自动地、近似正确地演示天象的目的。候风地动仪以精钢制成，形似酒尊，里面均匀排列八根“都柱”——上粗下细的立柱。由于都柱重心高，当地面一有震动，就极容易向震动方向倒下。尊外相应地设置八条口含小铜球的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍，昂首张口（见插页图5）。当某一都柱倒下时，就带动了连接的龙，使龙口张开，所含的铜球落下到其下面的蟾蜍口中。因此观察落下的铜球的方位，就可判断地震发生的方向。

　　在运动的相对性概念方面，晋天文学家束皙（261～303年）说过：“乘船以涉水，水去而船不徙矣”（《隋书·天文志》）；晋葛洪（283～363年），号抱朴子，在其著作《抱朴子·内篇·塞难》中说：“游云西行，而谓月之东驰。”《晋书卷十一天文志》更将这一相对运动的思想用于解释天体运行：“天旁转如推磨而左行，日月右行，随天左转，故日月实东行，而天牵之以西没。譬之蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左回焉。”有极大价值的是至少成书于东汉时代的《尚书纬·考灵曜》（著者不详，收入明代孙毅编纂的《古微书》卷一《尚书纬》），该书在提出“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋二分是其中矣”的同时，提出了著名论断：“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也。”这种对运动相对性的观点，《考灵曜》比伽利略的《对话》至少早约1500年。此观点说明我国古代物理思想达到过的高度。

中国古代最早精通物理学的是墨子。

墨子是春秋末期战国初期著名的思想家、教育家、科学家，是我国历史上第一个提出了宇宙论、运动论的人。墨子创立了墨家学说，墨家在先秦时期影响很大，与儒家并称“显学”。

墨子提出了“兼爱”、“非攻”、“尚贤”、“尚同”、“天志”、“明鬼”、“非命”、“非乐”、“节葬”、“节用”等观点。以兼爱为核心，以节用、尚贤为支点。在战国时期创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。在当时的百家争鸣，有“非儒即墨”之称。

墨子的成就

墨子认为，宇宙是一个连续的整体，个体或局部都是由这个统一的整体分出来的，都是这个统一整体的组成部分。换句话说，也就是整体包含着个体，整体又是由个体所构成，整体与个体之间有着必然的有机联系。从这一连续的宇宙观出发，墨子进而建立了关于时空的理论。

他把时间定名为“久”，把空间定名为“宇”，并给出了“久”和“宇”的定义，即“久”为包括古今旦暮的一切时间，“宇”为包括东西中南北的一切空间，时间和空间都是连续不间断的。

在给出了时空的定义之后，墨子又进一步论述了时空有限还是无限的问题。他认为，时空既是有穷的，又是无穷的。对于整体来说，时空是无穷的，而对于部分来说，时空则是有穷的。他还指出，连续的时空是由时空元所组成。

他把时空元定义为“始”和“端”，“始”是时间中不可再分割的最小单位，“端”是空间中不可再分割的最小单位。这样就形成了时空是连续无穷的，这连续无穷的时空又是由最小的单元所构成，在无穷中包含着有穷，在连续中包含着不连续的时空理论。

郭守敬——中国古代天文学家

郭守敬(1231-1316)，中国元朝的大天文学家、数学家、水利专家和仪器制造家。字若思，顺德邢台（今河北邢台）人，汉族。生于元太宗三年，卒于元仁宗延佑二年。

郭守敬幼承祖父郭荣家学，攻研天文、算学、水利。至元十三年(公元1276年)元世祖忽必烈攻下南宋首都临安，在统一前夕，命令制订新历法，由张文谦等主持成立新的治历机构太史局。太史局由王恂负责，郭守敬辅助。在学术上则王恂主推算，郭主制仪和观测。

至元十五年（或十六年），太史局改称太史院，王恂任太史令，郭守敬为同知太史院事，建立天文台。当时，有杨恭懿等来参予共事。经过四年努力，终于在至元十七年编出新历，经忽必烈定名为《授时历》。

《授时历》是中国古代一部很精良的历法。王恂、郭守敬等人曾研究分析汉代以来的四十多家历法，吸取各历之长，力主制历应“明历之理”（王恂）和“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”（郭守敬），采取理论与实践相结合的科学态度，取得许多重要成就。

郭守敬为修历而设计和监制的新仪器有：简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪以及星晷定时仪12种（史书记载称13种，有的研究者认为末一种或为星晷与定时仪两种）。

在大都（今北京），郭守敬通过三年半约二百次的晷影测量，定出至元十四年到十七年的冬至时刻。他又结合历史上的可靠资料加以归算，得出一回归年的长度为3652425日。这个值同现今世界上通用的公历值一样。

中国古历自西汉刘歆作《三统历》以来，一直利用上元积年和日法进行计算。唐、宋时，曹士等试作改变。《授时历》则完全废除了上元积年，采用至元十七年的冬至时刻作为计算的出发点，以至元十八年为“元”，即开始之年。所用的数据，个位数以下一律以100为进位单位，即用百进位式的小数制，取消日法的分数表达式。

晚年，郭守敬致力于河工水利，兼任都水监。至元二十八至三十年，他提出并完成了自大都到通州的运河（即白浮渠和通惠河）工程。至元三十一年，郭守敬升任昭文馆大学士兼知太史院事。他主持河工工程期间，制成一些精良的计时器。

祖冲之 园周率

他对刘歆、张衡、郑玄、阚译、王番、刘徽等科学家的工作进行了仔细研究，一一驳正了他们的错误，导出了许多极有价值的结果。准确到7位有效数学的园周率数值便是人所共知的例子。

墨翟 数学、力学、声学、光学

1．在力学方面，墨家给“力”下了符合科学的定义。对杠杆平衡的研究，不仅考虑到力的大小，而且考虑到力臂的长短，实际上提出了力矩的概念。可以说，墨家已经发现了杠杆的平衡条件。

此外，墨家对运动和时间、轮轴、斜面、圆球运动以及浮力等问题，都有深刻的论述。

在声学方面，墨家的突出成就是把固体传声和声音共鸣在军事上的巧妙运用。

2．在光学方面，墨家研究得更多。他们做了世界上最早的小孔成像实验。此外，墨家对飞鸟的影子、物体的本影和半影、凹面镜和凸面镜的成像现象等，也都作了许多研究。

张衡 天体运动和宇宙结构 浑天仪 侯风仪

根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，认真研究了这三种学说，认为浑天说比较符合观测的实际。他继承和发展了前人的浑天理论，大胆地对天象提出了许多新的见解。

张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上，根据自己的浑天说，创制了一个比以前都精确、全面的多的“浑天仪”。创制了一个能够精确在表演浑天思想的“浑天仪”。

还创造了一种测定风向的仪器——侯风仪，又叫相风铜鸟。是在一根五丈高的杆顶安放一只衔着花的铜鸟，可以随着风向转动。鸟头所对的方向就是风向。

沈括 《梦溪笔谈》

一位非常博学多才、成就显著的科学家，我国历史上最卓越的科学家之一。精通天文、数学、物理学、化学、地质学，气象学、地理学、农学和医学；他还是卓越的工程师、出色的外交家。

。《梦溪笔谈》中所记载这方面的见解和成果，涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题。在光学方面，沈括通过亲自观察实验，对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”（一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜）的透光原因也做了一些比较科学的解释，推动了后来对“透光镜”的研究。此外，沈括还剪纸人在琴上做过实验，研究声学上的共振现象。沈括还是最早发现地理南北极与地磁场的N，S极并不重合，所以水平放置的小磁针指向跟地理的正南北方向之间有一个很小的偏角。被称为磁偏角。

鲁班 机械、土木、手工工艺

一次攀山时，手指被一棵小草划破，他摘下小草仔细察看，发现草叶两边全是排列均匀的小齿，于是就模仿草叶制成伐木的锯，他看到各种小鸟在天空自由自在地飞翔，就用竹木削成飞鹞，借助风力在空中试飞。开始飞的时间较短，经过反复研究，不断改进，竟能在空中飞行很长时间，公输般一生注重实践，善于动脑，在建筑、机械等方面作出了很大贡献。他能建造“宫室台榭”；曾制作出攻城用的“云梯”，舟战用的“勾强”；创制了“机关备制”的木马车；发明了曲尺、墨斗、刨子、凿子等各种木作工具，还发明了磨、碾、锁等。由于成就突出，建筑工匠一直把他尊为“祖师”。 鲁班的发明创造很多。不少古籍记载，木工使用很多的木工器械都是他发明的。像木工使用的曲尺，叫鲁班尺。又如墨斗、伞、锯子、刨子、钻子等，传说均是鲁班发明的。这里面都包含着原始的物理科学知识。

鲁班还是一个很高明的机械发明家。他制造的锁，机关设在里面，外面不露痕迹，必须借助配合好的钥匙才能打开。

《墨子》一书中有这样的记载：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”就是说鲁班制作的木鸟，能乘风力飞上高空，三天不降落。这可不可以认为，是原始航空科学的先头兵

鲁班还改进过车辆的构造，制成了机动的木车马。这种木车马由木人驾御，装有机关，能够自动行走

墨子是伟大的物理学家。

墨子关于物理学的研究涉及到力学、光学、声学等分支，给出了不少物理学概念的定义，并有不少重大的发现，总结出了一些重要的物理学定理。

首先，墨子给出了力的定义，说：“力，刑（形）之所以奋也”。就是说力是使物体运动的原因，这和牛顿经典力学的概念惊人的一致。

其次关于杠杆定理，墨子也作出了精辟的表述。

再次，在光学上，墨子是第一个进行光学实验，并对几何光学进行系统研究的世界第一人。

墨子首先探讨了光与影的关系，发现了光沿直线传播。

墨子还进行了小孔成像的实验墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜等进行了相当系统的研究，得出了几何光学的一系列基本原理。

甚至在声学的研究也开历史先河。

我们非常惋惜的是，墨子的科学精神没有在他之后得到发扬光大。假设墨子的科学精神能够被我们的古代中国人发扬光大，试想，古希腊的阿基米德，欧几里得等天神级的科学家都得让位于中国的我们某位先人。

历史不容假设，错过了，没有回头路。走上了岔路，再回来，人家已经一骑绝尘。

痛之，惜之。

诺贝尔物理奖获得者杨振宁博士，观察了大量西周时代的青铜器，发现当时人们已经具有物理学中一种极其重要的思想观念——“对称”。

对称

西安半坡村出土的新石器时期的遗址里，有一种尖底瓶，引起人们的极大兴趣，它可以印证文献的记载，从中分析出距今5000～7000年以前的人们具有了哪些力学知识。那里还出土一种叫做“甑”的泥制器皿，世界著名科学史家李约瑟博士(1900～1995)［英］认为，那可能是人类最原始的蒸气发生器，这在热学史上应当是很重要的。此外，一些古建筑也向我们提供了丰富的研究内容，譬如山西省的应县佛宫寺木塔，是明暗九层、高达66．49米的纯木结构的建筑珍品，迄今已经历九百多个寒暑，不仅风雨侵蚀，经受了烈度5度以上的强烈地震就有12次之多，此外还经受了强风、炮击等强烈震动，而仍然保持完好，这反映了它的力学结构十分科学合理，从中可以分析出一系列的理论知识。还有些古建筑甚至有了类似的避雷设施，为古代电磁学的研究，提供了重要的线索。此外，还有不少古代水利工程设施如都江堰等，也能向我们提供某些流体力学的原始材料。至于现存的那些古天文仪器，更是光学史料的十分丰富的来源。编钟、鱼洗是声学史的珍贵材料的渊薮。另外，还有一些碑刻与出土文物之类的东西，有文字或图画。例如辽阳三道壕的汉墓中，有不少壁画，其中就有一幅画着风车，这使我们确知距今1700年前，人们就知道如何巧妙地使用空气流动的能量了。总之，这方面蕴藏着丰富的潜在材料。

　　1、 取火的方法和对火的认识

　　我国古代取火的工具称为“燧”，有金燧、木燧之分。金燧取火于日，木燧取火于木。根据我国古籍的记载，古代常用“夫燧”、“阳燧”（实际上是一种凹面镜，因用金属制成成， 所以统称为“金燧”）来取火。古代人们在行军或打猎时，总是随身带有取火器，《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载，表明晴天时用金燧取火，阴天时用木燧取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。讲到取火，古代还用自制的古透镜来取火的。公元前2世纪，就有人用冰作透镜，会聚太阳光取火。《问经堂丛书》、《淮南万毕术》中就有这样的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”我们常说，水火不兼容，但制成冰透镜来取火，真是一个奇妙的创造。用冰制成透镜是无法长期保存的，于是便出现用玻璃或玻璃来制造透镜。

　　《华严经》菩萨问明品 记载“勤首菩萨以颂答曰： 如钻燧求火，未出而数息，火势随止灭，懈怠者亦然。如人持日珠，不以物承影，火终不可得，懈怠者亦然”。

　　2、针孔成像和影的认识

　　公元前4世纪，墨家就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。《墨经》中明确地写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。”这里的“午”即小孔所在处。这段文字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端”），成像的大小，与这交点的位置无关。从这里也可以清楚看到，古人已经认识到光是直线行进的，所以常用“射”来描述光线径直向前。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔，使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏上，沉括用光的直进的道理来解释所观察到的结果：“东则影西，西则影东”。墨家利用光的直线传播这一性质，讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道：“景不徙，说在改为。”“光至，景亡。若在，尽古息。”说明影是不动的，如果影移，那是光源或物体发生移动，使原影不断消逝，新影不断生成的缘故。投影的地方，如果光一照，影子就会消失，如果影子存在，表明物体不动，只要物体不动，影子就始终存在于原处。墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记载：“景二，说在重。”“景二，光夹。一，光一。光者，景也。”意思是一物有两种投影（本影、半影），说明它同时受到两个光源重复照射的结果（“说在者”，“光夹”）、一种投影，说明它只受一个光源照射，并且强调了光源与投影的联系（“光者，景也”）。与此相连，墨家还根据物和光源相对位置的变化，以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及其变化。

　　3、对面镜的认识

　　墨子对凹面镜、凸面镜和平面镜成像的原理也进行了比较系统的研究，已发现了凹面镜焦点的存在。如墨家对凹面镜作了深入的观察和研究，并在《墨经》中作了明确、详细的记载。“鉴低，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”“低”表示深、凹之意；放在“中之内”，得到的像是比物体大而正立的。虽然他尚把球心和焦点混淆在一起，但这些实验是世界上最早的光学实验，具有重大的科学意义。李约瑟曾把墨子光学与古希腊光学进行比较，指出墨子的光学研究“比我们任何所知的希腊为早”，“印度亦不能比拟”。

　　北宋沈括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指置于凹面镜前，观察成像情况，发现随着手指与镜面距离的远近变化，像也发生相应的变化。在《梦溪笔谈》中作了记载：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时，像的正立的，渐渐远移至某一处（在焦点附近），则“无所见”，表示没有像（像成在无穷远处）；移过这段距离，像就倒立了。这一实验，既表述了凹面镜成像原理，同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。

　　墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道：“鉴团，景一。说在刑之大。”“鉴团”即凹面镜，也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字，指物体，它总比像大。我们的祖先，利用平面镜能反射光线的特性，将多个平面镜组合起来，取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷。”这样的装置，收到了“照花前后镜，花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”，能够隔墙观望户外的景物。

　　此外，汉代发明的透光镜，能够反射出铜镜背面的精美图像，是中国古代光学的一大发明，现在仍引起中外学者的关注。

　　4、对虹的认识

　　虹是一种大气光学现象，从公元6世纪开始，我国古代对虹就有了比较正确的认识。唐初的孔颖达（574-648）曾概括了虹的成因，他认为“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”明确指出产生虹的3个条件，即云、日、“日照雨滴”。沉括对此也作过细致的研究，并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道：“是时新雨霁，见虹下帐前涧中。”予与同职扣涧观之，虹两头皆垂涧中。使人过涧，隔虹对立，相去数丈，中间如隔绡觳，自西望东则见；盖夕虹也。立涧之东西望，则为日所铄，都无所睹。”指出虹和太阳的位置正好是相对的，傍晚的虹见于东方，而对着太阳是看不见虹的。地虹有了认识之后，便可以人工造虹。8世纪中叶，唐代曾有过这样的试验：“背日喷呼水成虹霓之状”，表示背向太阳喷出小水珠，便能看到类似虹霓的情景。

　　5、墨经光学八条

　　墨翟（约公元前478年——前392年），是墨家学派的创始人。战国时期的政治家、科学家。他和他的门徒根据古代劳动人民在实践中认识到的光学知识，研究总结出八条带规律性的经验，记录在《墨经》中，分条厘说，通称“墨经光学八条”，是《墨经》中精粹部分之一。光学八条直接涉及到光学应用中一些问题。

　　发光体照射物体形成影子，是大自然中最普通的现象，又是摄影师在艺术造型中饶有兴趣的问题。《墨经》中的光学论述，首先是以此开始的。“光学八条”中的第一、第二条是：经：景徙。说在改为。说：景光至，景亡。若在，尽，古息。（第一条）经：景二。说在重。说：景，二光，夹，一光。一光者景也。（第二条）

　　大意是说影子产生的原因。在光照到的地方，就没有影子；如果有影子，那就是光被物体遮挡。进一步说，如果光源、物体和承影面相对静止，那么影子的位置也相对固定。当两个光源同时照射一个物体时，就产生了二个“半影”夹持着一个“本影”；一个光源照射时只有一个影子。这二条反映了古代人民对光学现象最朴素的认识。还有一条颇值得注意，它直接论述到针孔成像的原理。原文是：经：景到，在午有端；与景长，说在端。说：景光之人照若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下。在远近，有端与于光，故景库内也。（第三条）

　　这条大意是说，影子倒过来是因为光线在小孔处汇成光束所致，“午”是指光束相交之点，即针孔处。光线好象箭一样直线传播着，从下方来的光线通过小孔成象于上方，从上方来的光线成像于下方。经说最后一句“在远近有端于光”，近代学者多解释为类似摄影光学中物距、像距的概念。“这可以说明现今照像者进退暗箱的理由”。第五条论述的是关于光的强弱关系。结论是：发光体远近决定光的强度。类似现代光度学概念。四、六两条是解释平面镜反射现象。

　　中国古代，冶炼技术十分发达。随之而来的是铜镜制造工艺，根据文字记载和考古的发现，当时的铜镜不仅有平面镜，而且根据不同用途制成了凸面镜或凹面镜，凹面镜，古称阳燧，是人们利用阳光聚焦取火的工具。古代没有专门掌管阳燧的官职，《周礼》卷七十《秋官·司寇下》记载：“司烜（音火。古官职名）氏掌以夫遂，取明火于日。”东汉郑玄注：“夫遂，阳燧也。”应该指出的是，凹面镜在现代应用摄影光学中占有重要地位。近来出现折反式摄影镜头，已进一步证明了这一点。古人已认识到物体放在球心外时，获得的是比物体小的倒立像。当物体在球心内时，得到的是比物体大的正立像。即经中所说“鉴低，景，一小而易，一大而击。说在中之外，内。 概括起来，可推断那时人们已经懂得：1 光的直线传播；2 影子的成因及变化规律；3 针孔成像的道理；4 针孔暗箱成像时，物、像大小取决于物距和像距的关系；5 类似放大率的概念；6 凹面反光镜前焦点到球心，这一区域在成像中的特殊意义。墨经光学八条，体现了先秦时期我国人民在科学研究方面的突出贡献。由于认识水平的限制，用今天的眼光看来，带有明显的片面性和不完整性。《墨经》的内容，尽管文字深奥难解，但学术界各家的注疏基本一致，其内容本身是不容置疑的。墨家学派形成后，开辟了中国的“格致之学”，对后人研究摄影光学有所启迪。

　　6、光学折射现象的发现

　　《墨经》中没有论及光线在不同介质中传播时产生的折射现象，这是因为当时的工艺制造条件，尚不能提供理想的透明玻璃，而折射现象直接关系到透镜成像理论基础。公元前139年西汉淮南王刘安主持编修的《淮南万毕术》中除了重复“阳燧见日则火生”的说法外，还出现了用冰制造透镜的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影则火生。”另据《西京日记》记载，汉武帝（公元前140年——前87年）时，已知道用白光琉璃将阳光折入暗室使成为白昼。又据清代林志诚著《事类统编》称：北魏时（386——581）西域月氏国商人用矿石制成人造有色琉璃。曾做了一间可容百人的房子，四周利用人造琉璃折光，使室内光色映澈。及至宋代刘歧写的《暇日记》也谈到利用水晶折光将阳光焦聚，照亮阴暗的案牍。

　　北宋大科学家沈括（1031——1095），在他的著作《梦溪笔谈》中，进一步对小孔成像理论和凹面反光镜作了分析和解释，取得新的成果。他用生动的比喻说明小孔成像是因为光线穿过“碍”（即小孔）形成光束所造成的结果。以后，人们在日常生活里，多次观察到由于客观条件的巧合而形成的小孔成像现象，遂引起广泛的注意，而尤为历代文人所重视，古籍中也常有记载。元代陶宗仪的著名笔记著作《辍耕录》中说：“平江虎丘阁，版上有一窍。当日色清朗时，以掌大白纸承其影，则一寺之形胜，悉于此见之。但顶反居下耳，此固有象可寓，非幻出者。”又说：“松江城中有四塔……夏监运家乃在四塔之东，而小室内却有一塔影，长五寸许，倒悬于西壁之上，不知从何而来。然不常有，或时见之焉，是又不可晓也。

　　明代刘侗、于奕正著《帝京景物略》提到北京天宁寺中的小孔成像，并且做了一些解释。原文是“塔倒影，在大土殿。日方中，阖殿中门，日入门罅，塔全影倒现石上。昔人云：影从罅入，空中物则旁碍，碍则影束，影束则倒。……今悬镜中像，过旁镜，其物正倒也，阳燧倒影者，日光倒入也。又光从上来，层十三具，光一再传，物体则小也……。”明清时期的北京庙宇慈慧寺，也是当时以倒影著称而吸引游客的古迹。

　　“针孔成像”的现象，引起人们愈来愈大的兴趣。为了进一步研究，元代科学家赵友钦设计了一个相当庞大的光学实验。他把一整座房屋作为实验室。在左右隔开的二间房内，各掘一个不同深度圆井。井口处各置小孔，楼房的活动棚顶作承影屏，用上千支蜡烛做发光体。通过预先设计的实验程序得出以下结论：“针孔”扩大到相当大时，不能成像；“针孔”相当小时，屏上的像和光源形状相同，但方向相反；“照度”和距离成反比关系。

　　赵友钦把这次实验的过程和结果，写成一篇论文，叫《小罅光景》，收入他的自然学文集《革象新书》。这部书后来被收入明代编纂的大型类书《永乐大典》中。赵友钦的试验，使用了上千支蜡做发光体，在摄影学的意义上说明他已认识到像是由许多光点所构成。其实验场所可以说是最大的暗箱。赵友钦的论文《小罅光景》的学术水平当时在世界上是领先的。

　　明末清初的科学家方以智（字密之，号曼公。1611——1671），也在他所著的《物理小识》一书里叙述了他亲自做过的小孔成像实验：“屋漏小罅，日影如盘。尝以纸征之，刺一小孔，使日照一石，适如其分也；手渐移而高，光渐大于石矣；刺四、五穴，就地照之，而四、五穴各为光影也；手渐移而高，光合为一，而四、五穴之影，不可复得矣。”说明方以智的这个实验，是对于小孔成像的条件和影响影像大小的具体因素规律性的探索。

　　7、透镜暗箱

　　摄影术的发明和应用离不开暗箱。针孔暗箱虽能成像，但正如赵友钦实验结果那样，它存在着致命的缺点，即不能解决影像亮度和清晰度之间的矛盾。所以，透镜暗箱的出现，使光学应用技术前进了一大步。欧洲在文艺复兴时期，画家已广泛使用透镜暗箱，不过那时只作为一种绘画的辅助工具而已。明末清初，一些西方传教士来到中国，促进了中西文化的交流，随之，一些光学器具也开始传入中国。首先传入的是各种透镜，包括眼镜和放大镜。清代赵翼在《陔馀丛考》中说：“古未有眼镜，至明始有之，本来自西域。”清代以后，广东省出现了用近代方法制造玻璃的工业，为国内磨制光学透镜提供了物质条件。

　　清初的光学器具制造家孙云球，是中国磨制透镜的高手。孙云球，字文玉，又字泗滨。江苏吴县人。生于崇祯初年，死于康熙年间，仅活了33岁。他的父亲志儒，曾任福建漳州知府。孙云球小时聪明异常，13岁时就读于吴江县县学。不久父亲故去，家道中落，靠卖草药奉养母亲。他喜欢钻研机械，自制钟表，青年时代，就成了著名的透镜制造家。史书记载：“昔虎丘孙云球以西洋镜制昏眼、近光、童光等镜，为七十二种。又有远镜、火镜、端容镜、摄光镜、夕阳镜、显微镜……。”并著有《镜史》一书，可惜已经失传。证明当时国内已经能自制摄影镜头（即所称“摄光镜”），出现了一些用摄影镜头装配的光学器具，影戏灯就是其中之一。

　　所谓“影戏灯”，就是现在所说的幻灯机，或摄影用的放大机。其实，我国早在公元前三世纪时的古籍《韩非子》中就记载了古人放映幻灯的一段故事。大意是：周君请一个人为他作画，三年后画画好了。看的时候，需要筑一高墙，墙上开小孔，然后插入“筴”（相当于幻灯片），在有阳光的时候才能观看，“尽成龙蛇禽兽车马，万物之状具备。”可惜的是，这种针孔的幻灯机没有得到发展和改进。

　　清代学者顾禄（铁卿）曾记载了当时流传于民间的影戏灯的情况，他说：“其法皆传自西洋欧逻巴诸国，今虎邱人皆能为之。灯影之戏，则用高方纸木匣，腹贮油灯，燃炷七八茎。其火焰适对正面之孔。其孔与匣突出寸许，作六角式，须用摄光镜重叠为之，乃通灵耳……中嵌玻璃，反绘戏文……将影摄入粉壁，匣愈远而光愈大，惟室中尽灭灯光，其影始得分明也……。”有趣的是，文中提到“须用摄光镜重叠为之”说明使用的是“复式镜头”，而这时恰恰是欧洲风景暗箱流行的时期，当时复式镜头在世界上标志先进的光学技术水平。