「小兒辯日」敘述兩個小孩爭論太陽究竟在早晨還是在中午距地面近。這個有趣的光學故事在中國流傳了2000餘年。故事出自《列子·湯問》一書，其大意是：孔子遠遊在外。有一天，他見兩個小孩鬥嘴，便好奇地走過去，尋問他們辯論什麼。其中一小孩說：「我認為，日初出時日距地面近，中午時距地面遠。」另一小孩接著說：「不對！ 日初出時距地面遠，中午時距地面近。」一小孩又解釋說：「日初出大如車蓋，中午時如盤似碟。這不是遠者小近者大嗎？」另一小孩也解釋說：「日初出涼涼爽爽，中午時熱如沸湯。這不是近火者熱遠火者涼嗎？」孔子聽後，不能判斷誰是誰非。於是，這兩個兒童取笑孔子：「誰說你知識淵博？」
應當說，這是一個比較複雜的光學問題。不要說孔子不能斷其是非，即使今日的大學生也不一定能解釋清楚。用照相機給太陽攝影，中午與早晨所攝的影子同樣大，證明這兩個時辰的太陽與地面距離也相等。眼睛所以會有太陽晨大午小的感覺，主要是：1)背景的襯托。早晨地平線遠處的樹木、房屋小得看不清；紅日升起，與之比較就顯得大。而中午太陽在廣漠的高空，沒有可比較之物，因而顯得小；2)光滲現象。清晨，大地及其周圍空間尚黑，中午明亮。背景越黑而物體越亮，視網膜上像的輪廓就越大，這稱為光滲。早晨在海平面見太陽又紅又大就是這個原因；3)早晨，平視太陽，人眼位置正常；中午要仰視太陽，眼球凸鼓。在鼓凸的眼球內的視像比正常眼球的小；4)早晨與中午相比，陽光通過大氣中較厚的空氣層，視覺就較模糊，因而覺得早晨太陽大；5)視覺中的天穹並非是一個圓，而是扁球形狀。頭頂的天空高遠，四周的天穹彷彿低近。遠物投影小，近物投影大。早晨太陽處於天穹的低近處，因而投影變大。
至於另一個小孩提出太陽晨涼午熱，那是因為，中午太陽在天頂，陽光直射地面、穿過大氣層薄，因而輻射熱大部分被地面所吸收，氣溫升高，我們就覺得中午熱。
2000多年來，不少中國學者對此作出了各自的回答。東漢桓譚(？-公元56年)借他人論據與主張，認為太陽在中午時距地面近(《桓子新論》)。王充以斜邊大於直角邊的幾何論證也主張「日中近而日出入遠」(《論衡·說日》)。這些解釋與主張顯然都不符合科學道理。但王充又提出，「日中光明，故小；其出入時光暗，故大。猶晝察火光小，夜察火光大也。」王充的這個解釋如前所述的光滲現象，是有道理的。發明地動儀的張衡也提出了類似光滲現象的解釋。晉代天文學家束晳解釋說，太陽在晨與午一樣大，距離也相等，所以有視覺之差是由於太陽的亮度與眼睛視幻覺造成的。祖沖之的兒子祖暅從眼睛平視與仰視的不同，解釋太陽在不同時候的大小之別。後秦姜岌以「地有游氣」(即大氣及其中塵灰微粒)及其對眼睛的影響對此作出解釋。後來的解釋者不斷繼起，直到清末還引起人們的討論。「小兒辯日」的問題成為中國古代的科學之謎，它引起參論者之多、延續時間之長，大概是中國科學史上罕見的例子之一。