談及古代科學史，很多人言必談古希臘，對中國卻不屑一顧，其中一個重要原因是中國古代科技重應用、不重理論，重經驗、不重實驗，與古希臘注重理論總結、注重實驗相差甚遠。姑且不談所謂的古希臘文明來歷不明，以莫名其妙地違揹人類進化邏輯的方式出現，就說從客觀實驗出發，採用大規模的實驗方法去探索自然規律的科學實踐上，中國古代也有相應的科學大師，本文所講的這位科學巨匠叫趙友欽，在世界物理史上有一項開創性的成就，比後來的著名物理學家義大利伽利略海早了兩個世紀，同時他還科學論證了“地球是圓的”。
趙友欽是宋末元初人，或名敬，字子恭，自號緣督，因此別人就稱他為緣督先生。他是宋室漢王趙元佐十二世子孫，趙光義的十三世子孫，籍貫為江西鄱陽。宋朝滅亡後，為避免受到元朝的迫害，他浪跡江湖，隱逸道家。
在中國歷史上，有一個引人注目的現象，即道教和科學的緊密聯絡，歷代都有對科學巨大貢獻的道教徒，其中如葛洪、陶弘景、孫思邈等人，足可在中國化學史、醫學史等領域佔一席之地。但與前人略有不同的是，趙友欽隱逸道門之後，他的興趣不在煉丹煉藥上，而是痴迷於物理光學領域。
中國古代光學有著許多輝煌的成就，其中之一是光學研究，對光的直線傳播、小孔成像等現象，《墨經》、《夢溪筆談》早有記載。然而，對光線直進、小孔成像與照明度最有研究，並最早進行大規模實驗的卻是趙友欽，他的這些實驗在世界物理學史上是首創的，被記載在《革象新書》的“小罅（xià）光景”（即小孔成像）這一部分中。
對於光線直進、小孔成像與照明度等諸多光學現象，儘管古人早有記載，但記載的畢竟比較簡略，很多問題並未描述清楚，趙友欽對“室有小罅雖不皆圓，而罅景所射未有不圓；罅雖寬窄不同，景卻周徑相等”等問題疑惑不解，於是開始長期觀察、實驗、分析。
透過長期觀察、實驗、分析，趙友欽得出不少論斷：小孔成像“隨日月之形皆圓”，而大孔成像與孔的形狀相同；孔變小時，像就會變得暗淡，物距孔越遠像越暗；孔變大時，距孔越遠，其像也越大，但明亮程度不變等。
為了進一步驗證由觀察自然現象得到的論斷的正確性，於是趙友欽就在浙江龍游雞鳴山築觀星臺，建造了“小孔成像”實驗樓。實驗樓是一棟兩層樓，上面是兩間房子，每間房子下面各挖一口4尺直徑的圓井，右井深4尺，左井深8尺，其中左井裡放一張4尺高的桌子。在井底有兩塊直徑4尺的圓板，上面各放置1000根蠟燭，用來模擬日月光源。井口地面上覆蓋兩塊直徑5尺的圓板，左邊開孔一寸左右，右邊開孔半寸左右，以樓頂天花板作為固定的相屏。如此大規模的物理實驗，在人類歷史上前所未有，比世界著名物理學家義大利的伽利略早了兩個世紀。
根據《革象新書》記載，趙友欽的實驗分為五步，主要驗證了五個光學問題。
其一，保持光源、小孔、像屏三者距離不變，改變小孔的大小，最終確認“小孔雖方，其像必圓”，但隨著照度不同，像會出現一濃一淡，“寬者濃而窄者淡”等，並對這種現象進行了科學分析。
其二，改變光源大小與強度，模擬日月食現象，將右邊蠟燭減少500支，剩下的集中放置在木板的一邊，最終觀測到“右間樓板缺其半於西，乃小景隨日月虧食之理”，這也表明小孔成像是倒像的道理。
其三，改變像距，調整小孔到螢幕的距離，得出“照度隨著光源強度增強而增強，隨著像距增大而減小”的粗淺定律。在400年之後，西方才由德國科學家來博託得出“照度與距離平方成反比”的定律。
其四，改變物距，調整光源到小孔的距離。在光源強度、小孔大小、像距都不變時，趙友欽發現物距愈大、像愈小，反之物距愈小、像愈大，“由是察之，燭也、光也、竅也、景也，四者消長勝負所當論者”，揭開“小孔成像”的基本原理。
其五，改變孔的大小與形狀，觀察大孔成像的情況。趙友欽觀察再次確認大小孔成像不同，小孔時“不睹一景之全，碎徹千燭之景”，但大孔時“大罅之景千數，比於沓紙重疊不散，張張無參差。（更）大則總是一井之景，似無千燭之分”。
在結束“小罅光景”篇時，趙友欽最後寫道：“是故小景隨光之形，大景隨空之象，斷乎無可疑者。”即大孔成像與大孔形狀相同，小孔成像與光源形狀相同，這一結論無疑非常正確。
除了上述光學實驗之外，趙友欽還有一些世界級的成就：
首先，科學論證了“地球是圓的”。18世紀之前，除了環球航行之外，論證“地圓說”最科學的辦法是確定經度差、緯度差，其他的或多或少不夠嚴謹。唐代與元代曾在南北、東西大規模天文觀測，發現北海與南海的北極星角度明顯不同而確定了緯度差，發現開封與西域的月食出現時間相差1更半而確定了經度差，由此趙友欽指出“測北極出地高下（即緯度差異），及東西各方月食之時刻早晚（即經度差異），皆地體渾圓，地度上應天度之證”，論證了“地球是圓的”，比古希臘的亞里士多德嚴謹的多。
值得一提的是，很多人認為觀測船隻桅杆可以論證“地圓說”，但趙友欽指出這種方式不可信，“地體雖渾圓，百里數十里不見其圓，人目直注，不能環曲。試泛舟江湖，但見舟所到之處隆起，而水之來不見其首，水之去不見其尾”，而他認為觀測遠處大山更為可信，“洞庭之廣，日月若出沒其中，遠山悉在環曲下，不為障也。”說到底，地球太大了，人的目力有限，基本不太可能看得清遠處桅杆，而遠處大山很大，“不為障也”，可以發現遠處大山“悉在環曲下”。
其次，趙友欽還闡述了“月體半明”的問題，為此他將一個黑球掛在屋簷下比作月球，反射太陽光，發現黑球總是半個球亮半個球暗，而從不同位置去看黑球，看到的黑球反光部分的形狀不一樣。最終，他透過這個模擬實驗，形象地解釋了月的盈虧現象。
除了天文、光學上的成就之外，趙友欽還有很多成就：數學上的割圓術，他將千寸直徑的圓周分割為正16384邊形，這一成果記錄在《革象新書·卷五·乾象周髀》中；曾經“東海上獨居十年”、“發前人所未言”注《周易》數萬言，還著有道家的《金丹正理》、《盟天錄》、《推步立成》等書。可惜的是，除《革象新書》外的其他著作，後世都已失傳了。
今人談及中國古代科學，簡單的“古代中國是實用技術”一句概括，似乎中國古代完全沒有實驗、沒有理論總結，這種說法無疑有失偏頗，趙友欽就是明證。其實，不僅僅是趙友欽，還有戰國石申、魏晉劉徽、南北朝祖沖之、宋代賈憲、元代郭守敬等等，都是當時世界上最頂級的大科學家。可以說，如果古代中國沒有科學，也就不可能創造出璀璨的文明，不可能數千年佔據世界第一，問題在於古代中國沒有形成科學傳統與傳承，比如趙友欽與他的《革象新書》就一直鮮為人知，這才是問題的關鍵。
