בפיתוח המדע מילאו תפקיד מיוחד על ידי שני מכשירים שהרחיבו באופן דרמטי את גבולות הידע - מיקרוסקופ וטלסקופ. אם בימי קדם אדם יכול היה לתפוס את העולם רק בקנה מידה הדומה לגודל גופו שלו, הרי שהמיקרוסקופ דיבר על קיומם ותכונותיהם המדהימות של חלקיקי החומר הקטנים ביותר ואורגניזמים חיים זעירים, ואיפשר לו לעשות את הצעד הראשון לתוך העולם המיקרו. הטלסקופ קירב כוכבים רחוקים יותר, ואילץ את המין האנושי לממש את מקומו ביקום, פתח את המגהוורלד למבטנו. המיקרוסקופ והטלסקופ (ליתר דיוק, הטלסקופ) הופיעו כמעט בו זמנית, בסוף המאה ה -16, אך המיקרוסקופ עבר במהירות מהדגמים הפרימיטיביים הראשונים למכשיר אופטי מן המניין.
המצאת המכשירים הללו קשורה בשמו של המאסטר ההולנדי זכריה יאנסן, שהציע בשנת 1590 תוכנית לטלסקופ ומיקרוסקופ. לאחר מכן, השיפור של שני המכשירים נעשה על ידי גלילאו וקפלר. בשנת 1665, המדען האנגלי ר 'הוק, באמצעות מיקרוסקופ, גילה את המבנה התאי של כל בעלי החיים והצמחים, ועשר שנים אחר כך גילה מדען הטבע ההולנדי א' לבנגוק מיקרואורגניזמים.
לאחר 200 שנה פיתח הפיזיקאי הגרמני אב, עובד ושותף של ק 'זייס, בעל הסדנאות האופטיות המפורסמות, את תורת המיקרוסקופ ויצר את גרסתו המודרנית, שהאפשרויות בהן מוגבלות לא על ידי פגמים עיצוביים, אלא על ידי חוקי היסוד של הפיזיקה. העין האנושית יכולה להבחין בפרט בגודל עשירית מילימטר. מיקרוסקופ אופטי יכול להגדיל אותו אלף פעמים. סיבוך מערכת העדשות לא יהיה קשה להשיג הגדלה גדולה יותר, אך הדבר לא יבהיר את התמונה. עובדה היא כי לחומר יש בו זמנית תכונות גל וגם גופיות. זה חל על אור, ותכונות הגל שלו לא מאפשרות לראות עצמים שממדיהם פחות מעשירית מיקרון.
דיפרקציה מאפיינת גלים - הם מתכופפים סביב מכשולים שגודלם קטן בהשוואה לאורך הגל. לדוגמא, קש הבולטת מהמים לא מונעת מהתפשטות אדוות, ואילו אבן גדולה מתאפקת. כדי להיות מסוגל להבחין בחפץ, עליו לעכב או לשקף גלי אור. אורך גל האור הנראה לעין האנושית נמדד בעשיריות של מיקרון. המשמעות היא שלחלקים קטנים יותר כמעט לא תהיה השפעה על התפשטות האור, ולכן שום מכשיר אופטי לא יעזור לזהות אותם.
עם זאת, כפילות חלקיקי הגל לא רק מגבילה את העלייה במיקרוסקופים המקובלים, אלא גם פותחת אפשרויות חדשות לחקר החומר. בזכותו ניתן להשיג תמונה לא רק בעזרת מה שאנו רגילים לשקול גלים (אור גלוי, צילומי רנטגן), אלא גם בעזרת מה שאנו רואים בחלקיקים (אלקטרונים, נויטרונים). לפיכך נוצרים כעת מיקרוסקופים המראים עצמים לא רק באור רגיל, בקרניים אולטרה סגולות או אינפרא אדום, אלא גם מיקרוסקופים אלקטרוניים ויונים, אשר הגדלתם גדולה פי אלף מזו של אופטי. מפתחים מיקרוסקופים רנטגן וניוטרון. היתרון של מכשירים חדשים אינו רק גידול גדול יותר, אלא גם מגוון המידע שהם מספקים. לדוגמא, מיקרוסקופים אינפרא אדום מאפשרים לחקור גבישים ומינרלים אטומים, אלו אולטרה סגולים הם הכרחיים במדע פורנזי ובמחקר ביולוגי, רנטגן יוכלו להאיר באמצעות דגימות עבות מאוד ללא הרס, וניתנים נייטרונים יכולים להבחין בפרטים המורכבים מאלמנטים כימיים שונים. השיפור במיקרוסקופ נמשך והמכשיר הזה עדיין ישמש את המדע.
