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一千多年前，墨子就進行了小孔成像的實驗。他明確指出，光是直線傳播的，物體透過小孔所形成的像是倒像。這是因為光線經過物體再穿過小孔時，由於光的直線傳播，物體上方成像於下，物體下部成像於上，故所成的像為倒像。他還探討了影像的大小與物體的斜正、光源的遠近的關係，指出物斜或光源遠則影長細，物正或光源近則影短粗，如果是反射光，則影形成於物與光源之間。

除此之外，墨子對平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等進行了相當系統的研究，得出了幾何光學的一系列基本原理。他指出，平面鏡所形成的是大小相同、遠近對稱的像，但卻左右倒換。如果是二個或多個平面鏡相向而照射，則會出現重複反射，形成無數的像。凹面鏡的成像是在“中”之內形成正像，距“中”遠所成像大，距“中”近所成的像小，在“中”處則像與物一樣大；在“中”之外，則形成的是倒像，近“中”像大，遠“中”像小。凸面鏡則只形成正像，近映象大，遠映象小。

這裡的“中”為球面鏡之球心，墨子雖尚未能區分球心與焦點的差別，把球心與焦點混淆在一起，但其結論與近現代球面鏡成像原理還是基本相符的。

在光學史上，墨子是第一個對幾何光學進行系統研究的科學家。如果說墨子奠定了幾何光學的基礎，也不為過分，至少在中國是這樣。正如李約瑟在《中國科學技術史》物理卷中所說，墨子關於光學的研究，“比我們所知的希臘的為早”，“印度亦不能比擬”。

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