观察是科学的金钥匙。自然界里的许许多多现象，人们熟视无睹，或者一看就过去了；然而，有心人却抓住不放，潜心观察，勤于思考，从中有所发现。我国古代的一位学者墨子就是如此……

那是2000多年前的事了。

一天，墨子看到，阳光从窗纸的小孔透进屋里，把屋外窗前树枝的影子映在墙上，但影子却是尖叶朝下而树干向上的倒影。这是怎么回事呢？为了弄清原因，他和学生们一起做了个实验：在小木房子的前壁上抠一个小孔，当一个人站在房前面时，房内的后壁上就映出了人的倒象。墨子是这样描述他的实验的：

“景倒，在午有端。”“景、光之人，煦若射：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。”

墨子认为，光是直线前进的。人身体被太阳照亮，每个点反射出来的光向四面八方直线传播，通过小木房的小孔，在后壁上一一留下自己的象点。即人身上部的光，在后壁的下边投射光点；人身下部的光，在后壁上边投射光点。同样的，人身左部的光，在后壁右边投射光点；人身右部的光，在后壁左边投射光点。这些光点，就组合成了人的倒象。树枝通过窗纸孔在墙壁上形成倒影的道理，正是如此。

我们也可以做一个小实验，来观察象的形成，弄清倒象形成的原因。实验是这样的：有一个带针孔的屏，在针孔屏前放置一枝燃烧的蜡烛，在针孔屏后放置一个纸板，蜡烛、针孔屏和纸板三者调到一定的距离，则蜡烛的光线将通过针孔而在后面的纸板上形成一个倒象，这个象同蜡烛相比较，是上下颠倒、左右对调的。针孔实验表明，光在空气——一种均匀的媒质里传播时是直线前进的。

小孔能够成象，人们利用这个原理制作了针孔照相机。它同墨子的实验一样，相机就是一个小匣子，前壁上钻个小孔，这个小孔就相当于普通照相机的镜头，后壁处用毛玻璃或半透明纸取景。将针孔相机对准某个光源，例如蜡烛的火焰，适当调节相机和蜡烛之间的距离，在小孔不大的情况下，就会在毛玻璃上见到火焰的清晰的象。这个象，跟光源比较正好是上下颠倒、左右对调的。如果将后壁处的毛玻璃拿去，换上照相底片，则可拍摄景物了。不过，用这种针孔相机只能拍摄风景或静物，因为小孔通过的光量很少，曝光时间要长些，如果拍摄人或动态的照片，成象就要模糊不清了。针孔相机的小孔越小，成象越清晰，可是通过的光量也就越少，曝光时间则要更长。但是，针孔不能过小，孔的直径小到百分之一毫米时，由于光发生衍射，成象也将会模糊不清的。

我们知道了光的直线传播的性质，对于一些自然现象也就很容易弄清楚并作出正确的解释了。譬如，日食和月食的形成。

白天，灿烂耀眼的太阳，忽然被什么东西挡住了，变得天昏地暗；黑夜，皎洁明亮的月亮，一下子被什么东西盖住了，周围漆黑一团。从前，对这些奇怪异常的现象，人们感到莫名其妙，以为太阳或月亮被天狗吃了，恐怕要发生什么灾难。其实，哪有什么天狗，这不过是一种自然现象罢了。日食和月食的形成，都是光的直线传播的性质所造成的。人们都有这个常识：晴天的时侯，无论走到哪里，都有个影子伴随。这是因为光是直线前进的，半路上碰到一个不透明的物体，光线就会被挡住，在物体后面留下个影子。人体挡住了阳光，自然要投下个影子。所以，日食和月食也是影子造成的。

我们来看一个物理小实验吧。用一个小电珠照亮一个球，在其后面的屏上投下一个影子，这个完全黑暗的阴影区称为物体的本影。再用两个小电珠照亮一个球，在其后面的屏上则投下两个影子，如果两个电珠相距不远，屏上的两个影子就会有一部分重叠；影子重叠的区域，两个电珠的光都照不到，影子最黑暗，称之为本影；影子不重叠的部位，一个电珠的光照到了，另一个电珠的光没有照到，是半阴暗的区域，称之为半影。如果用一个大灯泡照射这个球，则屏上就会呈现出大圈套小圈的形状，外围是半影，而中心是本影。

日食和月食的形成，和这个实验是一样的道理。太阳是一个巨大的自然光源，照射着地球和月亮。地球和月亮都是不发光的。我们看到月亮发光，是因为太阳光照射在月亮上而反射过来。太阳是恒星，地球是行星，地球绕着太阳转圈子；月亮是地球的卫星，就绕着地球转圈子。这样，当地球、月亮和太阳运行到一直线上时，地球和月亮的影子就会造成日食或月食的现象。当月亮跑到太阳和地球中间时，月亮就会把太阳遮住，在地球上投下自己的本影和半影，影子里的人们就看到了日食。在本影里的人，完全看不见太阳，见到的是日全食；在半影里的人，看见太阳被遮去了一部分，见到的是日偏食；在另一种情况下，如上面讲的大灯泡照射球那样，在月亮本影延长部分里的人，看见被遮去了中心部分，见到的是日环食。由于月亮比地球小得多，月亮的影子不可能把地球全遮住，因此，日食现象发生时，地球上并非各地都能看见，所以有的地区看到的是日全食，有的地方看到的则是日偏食。同样的道理，当地球跑到太阳和月亮中间时，由于地球比月亮大得多，地球的影子能够把月亮全部遮住，也就是说，月亮完全落在地球的本影里了，太阳光完全被遮去，月亮不亮了，在地球上背着太阳的那半球上的人们，都能够看到月食。

地球上，在阳光的照射下，一切物体都有影子。但是，随着地理位置的不同，影子的方向和大小却各处不同。赤道南北，太阳高悬，影子短小；两极寒带，太阳斜照，影子很长。

人走影相随，形影不分离。确实，由于光是直线传播的，有光就有影子，在人类的生活中离不开影子，也不能没有影子，到处都有利用影子的生动实例。

古时候，没有钟表，人们就利用影子来计时。在地面上竖立一根杆子，随着时间的推移，杆子的影子长短和方向都在变化。譬如说，在北方，上午杆影在西北方向，早晨影子长，越近中午影子越短；下午杆影转向东北方向，中午影子短，越近傍晚影子越长。人们在地上作出记号，就可以用来计算时间了。

这种杆影计时方法，后来发展成为一种观测计时的器具——日晷。它是由晷盘和晷针两个部分组成的。晷盘，是一个带有刻度的圆石盘，平行于赤道面倾斜安放。晷针，是一根插在晷盘中心并与晷盘的盘面垂直的金属针，指定南北极方向。晴朗的白天，晷针的影子随着太阳的运转而在晷盘的盘面上移动，就象今天的表针在表盘上移动那样。晷盘上不同位置刻有时辰刻度，可以读出一天中的不同时刻。

在现代社会生活中，利用影子的地方就更多了。我们都照过相，但不同的照相馆，拍摄出来的照片却大不相同。这其中一个主要原因，是拍摄照片时辅助灯光利用的问题。灯光配得好，或者说影子利用得好，拍摄出的照片就立体感强，甚至还能敷补容貌上的不足，譬如说一眼睛大一眼睛小，鼻子或嘴有点不周正，以及人的胖瘦和脸形，都可以用“照相美容术”来加以“纠正”。艺术和影子也有着不解之缘，许多艺术品，如塑像、浮雕，都是利用凸凹形状和程度造成明暗不同，从而收到特殊的艺术效果。皮影戏是利用灯光和影子造型的一种富于特色的艺术形象。舞台上，更是少不了灯光和影子，它是塑造艺术形象不可少的手段。

人们能够利用影子，但有时还不得不消除影子。在医院的外科手术中，影子对于手术是很不利的，必须设法消除。如前所述，光源越大，物体本影越小，人们利用这个原理制造了无影手术灯，使光源分布面积大，使手术时不留下影子，以免影响手术时观察。

我们知道了光是直线前进的，就可以发挥其长处，帮助我们做许多工作。例如，用刨子刨木板时，要确定刨得是否平直，就把木板拿起来“调调线”——一只眼睁一只眼闭，把木板举在睁着那只眼睛前，从一头向另一头瞄，即沿着板面看过去，有阴影就是不平，如果一片光亮就是没有凸凹处，刨得平直合格了。还有，在地面上进行测量时，插上一根一根标杆，在一定点用眼睛瞄，如果不偏不歪，标杆成行，画线测量才准确。现代的大地测量仪器——经纬仪和水准仪就是利用这个原理，通过望远镜筒里的十字线照准对面的标尺，来测量地形地物的。总之，在生产建设上和日常生活中，应用光直线传播性质的事例很多，我们身边到处都有。