觀察是科學的金鑰匙。自然界裏的許許多多現象，人們熟視無睹，或者一看就過去了；然而，有心人卻抓住不放，潛心觀察，勤於思考，從中有所發現。我國古代的一位學者墨子就是如此……
那是2000多年前的事了。
一天，墨子看到，陽光從窗紙的小孔透進屋裏，把屋外窗前樹枝的影子映在牆上，但影子卻是尖葉朝下而樹幹向上的倒影。這是怎麼回事呢？為了弄清原因，他和學生們一起做了個實驗：在小木房子的前壁上摳一個小孔，當一個人站在房前麵時，房內的後壁上就映出了人的倒象。墨子是這樣描述他的實驗的：
“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，故成景於上，首蔽上光，故成景於下。”
墨子認為，光是直線前進的。人身體被太陽照亮，每個點反射出來的光向四麵八方直線傳播，通過小木房的小孔，在後壁上一一留下自己的象點。即人身上部的光，在後壁的下邊投射光點；人身下部的光，在後壁上邊投射光點。同樣的，人身左部的光，在後壁右邊投射光點；人身右部的光，在後壁左邊投射光點。這些光點，就組合成了人的倒象。樹枝通過窗紙孔在牆壁上形成倒影的道理，正是如此。
我們也可以做一個小實驗，來觀察象的形成，弄清倒象形成的原因。實驗是這樣的：有一個帶針孔的屏，在針孔屏前放置一枝燃燒的蠟燭，在針孔屏後放置一個紙板，蠟燭、針孔屏和紙板三者調到一定的距離，則蠟燭的光線將通過針孔而在後麵的紙板上形成一個倒象，這個象同蠟燭相比較，是上下顛倒、左右對調的。針孔實驗表明，光在空氣——一種均勻的媒質裏傳播時是直線前進的。
小孔能夠成象，人們利用這個原理製作了針孔照相機。它同墨子的實驗一樣，相機就是一個小匣子，前壁上鑽個小孔，這個小孔就相當於普通照相機的鏡頭，後壁處用毛玻璃或半透明紙取景。將針孔相機對準某個光源，例如蠟燭的火焰，適當調節相機和蠟燭之間的距離，在小孔不大的情況下，就會在毛玻璃上見到火焰的清晰的象。這個象，跟光源比較正好是上下顛倒、左右對調的。如果將後壁處的毛玻璃拿去，換上照相底片，則可拍攝景物了。不過，用這種針孔相機隻能拍攝風景或靜物，因為小孔通過的光量很少，曝光時間要長些，如果拍攝人或動態的照片，成象就要模糊不清了。針孔相機的小孔越小，成象越清晰，可是通過的光量也就越少，曝光時間則要更長。但是，針孔不能過小，孔的直徑小到百分之一毫米時，由於光發生衍射，成象也將會模糊不清的。
我們知道了光的直線傳播的性質，對於一些自然現象也就很容易弄清楚並作出正確的解釋了。譬如，日食和月食的形成。
白天，燦爛耀眼的太陽，忽然被什麼東西擋住了，變得天昏地暗；黑夜，皎潔明亮的月亮，一下子被什麼東西蓋住了，周圍漆黑一團。從前，對這些奇怪異常的現象，人們感到莫名其妙，以為太陽或月亮被天狗吃了，恐怕要發生什麼災難。其實，哪有什麼天狗，這不過是一種自然現象罷了。日食和月食的形成，都是光的直線傳播的性質所造成的。人們都有這個常識：晴天的時侯，無論走到哪裏，都有個影子伴隨。這是因為光是直線前進的，半路上碰到一個不透明的物體，光線就會被擋住，在物體後麵留下個影子。人體擋住了陽光，自然要投下個影子。所以，日食和月食也是影子造成的。
我們來看一個物理小實驗吧。用一個小電珠照亮一個球，在其後麵的屏上投下一個影子，這個完全黑暗的陰影區稱為物體的本影。再用兩個小電珠照亮一個球，在其後麵的屏上則投下兩個影子，如果兩個電珠相距不遠，屏上的兩個影子就會有一部分重疊；影子重疊的區域，兩個電珠的光都照不到，影子最黑暗，稱之為本影；影子不重疊的部位，一個電珠的光照到了，另一個電珠的光沒有照到，是半陰暗的區域，稱之為半影。如果用一個大燈泡照射這個球，則屏上就會呈現出大圈套小圈的形狀，外圍是半影，而中心是本影。
日食和月食的形成，和這個實驗是一樣的道理。太陽是一個巨大的自然光源，照射著地球和月亮。地球和月亮都是不發光的。我們看到月亮發光，是因為太陽光照射在月亮上而反射過來。太陽是恒星，地球是行星，地球繞著太陽轉圈子；月亮是地球的衛星，就繞著地球轉圈子。這樣，當地球、月亮和太陽運行到一直線上時，地球和月亮的影子就會造成日食或月食的現象。當月亮跑到太陽和地球中間時，月亮就會把太陽遮住，在地球上投下自己的本影和半影，影子裏的人們就看到了日食。在本影裏的人，完全看不見太陽，見到的是日全食；在半影裏的人，看見太陽被遮去了一部分，見到的是日偏食；在另一種情況下，如上麵講的大燈泡照射球那樣，在月亮本影延長部分裏的人，看見被遮去了中心部分，見到的是日環食。由於月亮比地球小得多，月亮的影子不可能把地球全遮住，因此，日食現象發生時，地球上並非各地都能看見，所以有的地區看到的是日全食，有的地方看到的則是日偏食。同樣的道理，當地球跑到太陽和月亮中間時，由於地球比月亮大得多，地球的影子能夠把月亮全部遮住，也就是說，月亮完全落在地球的本影裏了，太陽光完全被遮去，月亮不亮了，在地球上背著太陽的那半球上的人們，都能夠看到月食。