อุปกรณ์สำหรับขยายขอบเขตของสัมผัสโดยตรง
กล้องโทรทรรศน์
ระยะทางที่มนุษย์จะสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นมีขอบเขตจำกัด แต่การที่จะบ่งให้ชัดลงไปว่าระยะทางนี้เป็นเท่าใด ไม่มีใครตอบได้ เพราะขึ้นอยู่กับว่าเรากำลังมองดูอะไร ในคืนเดือนมืดที่ท้องฟ้าปลอดโปร่งไม่มีเมฆหมอก ถ้าไม่มีสิ่งใดปิดบัง คนธรรมดาก็จะสามารถมองเห็นแสงเทียนไขหรือแสงจากหลอดไฟฟ้าที่ส่องสว่าง ซึ่งอยู่ห่างออกไปเป็นระยะทางไกลหลายกิโลเมตร และในคืนเดือนหงายจะสามารถมองเห็นดวงจันทร์ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณกว่า ๓๗๐,๐๐๐ กิโลเมตรได้อย่างสบายด้วยตาเปล่า ดวงอาทิตย์ซึ่งส่องแสงสว่างจ้า เป็นสิ่งที่เราอาจมองเห็นได้ (ไม่ควรมองดวงอาทิตย์ด้วยตาเปล่า) แม้ว่าจะอยู่ห่างจากโลกถึง ๑๕๐ ล้านกิโลเมตร
ยิ่งไปกว่านั้น เรายังอาจมองเห็นสิ่งซึ่งอยู่ไกลออกไปกว่าดวงอาทิตย์มากมาย สิ่งเหล่านั้นคือดวงดาวฤกษ์ทั้งหลาย ดาวเหนือซึ่งเป็นดาวประจำทิศเหนือ อยู่ห่างจากโลกจนแสงจากดาวเหนือต้องเดินทางเป็นเวลาถึง ๕๐๐ ปี จึงจะมาถึงโลก ก็เป็นดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่มนุษย์อาจมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
แม้จะมองเห็นไปได้ไกลถึงเพียงนี้ มนุษย์ก็มีความต้องการที่จะเห็นได้ไกลและทราบรายละเอียดยิ่งขึ้นไปอีก และได้คิดสร้างเครื่องมือขึ้นช่วยขยายขอบเขตในการเห็น เครื่องมือนั้นมีชื่อว่า กล้องโทรทรรศน์
กล้องโทรทรรศน์กล้องแรกจะสร้างขึ้นในสมัยใดไม่มีผู้ใดทราบแน่ เราทราบกันแต่ว่าใน พ.ศ. ๒๑๕๓ หรือเมื่อประมาณสามร้อยปีกว่ามาแล้ว กาลิเลโอได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่เขาสร้างขึ้นเองอย่างง่ายๆ ส่องดูท้องฟ้าในตอนกลางคืน จากกล้องโทรทรรศน์ กาลิเลโอสามารถมองเห็นเทือกเขา และเครเตอร์ (crater) มากมายหลายขนาดบนดวงจันทร์ เห็นดวงจันทร์ขนาดใหญ่สี่ดวงของดาวพฤหัส เห็นรูปร่างของดาวศุกร์ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลา มีข้างขึ้นข้างแรมดังเช่นดวงจันทร์ เห็นดาวเสาร์ที่มีวงแหวนสวยงามล้อมอยู่โดยรอบ และเห็นทางช้างเผือก ซึ่งเมื่อมองด้วยตาเปล่าเป็นแสงเรืองสีขาวพาดไป
แผนภาพแสดงกล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอ
กล้องโทรทรรศน์ที่กาลิเลโอใช้ในครั้งนั้นประกอบขึ้นด้วยเลนส์สองอัน คือ เลนส์นูนขนาดใหญ่อันหนึ่ง กับเลนส์เว้าที่มีขนาดเล็กกว่าอีกอันหนึ่ง เลนส์ทั้งสองชนิดติดอยู่ภายในกระบอกกล้องรูปยาว เลนส์เว้าอยู่ใกล้ตา ส่วนเลนส์นูนอยู่ที่ปลายกล้องอีกด้านหนึ่ง เลนส์นูนส่องตรงไปยังวัตถุทำให้เกิดภาพ แล้วเลนส์เว้าขยายภาพนั้นให้ใหญ่ขึ้นอีกต่อหนึ่ง กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอมีกำลังขยายประมาณสามสิบเท่า ในปัจจุบันกล้องแบบนี้ถูกดัดแปลงเป็นกล้องสำหรับส่องดูละคร
นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาก็ได้มีผู้คิดประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ขึ้นมากมายหลายแบบ มีกำลังขยายมากขึ้นตามลำดับ กล้องโทรทรรศน์ได้กลายเป็นเครื่องมือสำหรับใช้ในการศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ เช่น ใน พ.ศ. ๒๔๑๑ พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูการเกิดสุริยุปราคามืดหมดดวงที่ตำบลหว้ากอ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ การเกิดสุริยุปราคาครั้งนั้นพระองค์ทรงเป็นผู้คำนวณวันเวลาการเกิด และบริเวณที่จะเห็นสุริยุปราคามืดหมดดวงได้อย่างชัดเจนด้วยพระองค์เอง
กล้องโทรทรรศน์ที่รัชกาลที่ ๔ ทรงใช้
กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้กันในปัจจุบันมีหลายชนิดอาจแบ่งออกเป็น ๒ พวกใหญ่ๆ คือ
(๑) กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง (refracting telescope) ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens)
(๒) กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง (reflecting telescope) ใช้กระจกเว้าซึ่งมีความโค้งเป็นรูปพาราโบลาแทนเลนส์ใกล้วัตถุ สำหรับสะท้อนแสงเข้าไปภายในกล้อง
กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากๆ ล้วนแต่เป็นกล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงแทบทั้งสิ้น เช่น กล้องโทรทรรศน์เฮล (Hale telescope) ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกเว้า ๒๐๐ นิ้ว ที่ยอดเขาพาโลมาร์ (Paloma) แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ซึ่งได้ชื่อว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่มากกล้องหนึ่ง
กล้องจุลทรรศน์
เครื่องมือที่ใช้ขยายขอบเขตของการเห็นอีกชนิดหนึ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น และใช้กันมานานพอๆ กับกล้องโทรทรรศน์ ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์ กล้องสองชนิดนี้มีที่ใช้แตกต่างกันไป แต่ก็มีความคล้ายคลึงกันในบางเรื่องกล้องโทรทรรศน์ใช้สำหรับส่องดูวัตถุไกลๆ ให้เห็นใกล้ ส่วนกล้องจุลทรรศน์ใช้สำหรับส่องดูดวัตถุเล็กๆ ให้เห็นใหญ่ ทั้งกล้องโทรทรรศน์ และกล้องจุลทรรศน์ต่างมีเลนส์ใกล้วัตถุ สำหรับทำให้เกิดภาพ และต้องมีเลนส์อีกเลนส์หนึ่งสำหรับขยายเลนส์ชนิดนี้อยู่ใกล้ตา จึงเรียกว่า เลนส์ใกล้ตา (eyepiece)
โดยทั่วไปถือว่า กล้องจุลทรรศน์อย่างง่ายที่สุดก็คือแว่นขยายธรรมดาๆ นี้เอง แว่นขยายเป็นเลนส์นูน ซึ่งอาจใช้ส่องมองเห็นวัตถุขยายใหญ่ขึ้นกว่าเดิม เลนส์ไม่จำเป็นต้องทำด้วยแก้ว แต่อาจทำด้วยพลาสติกใส ควอตซ์ หรือเพชรได้ด้วยเหมือนกัน
แว่นขยาย
แว่นขยายที่ใช้กันทั่วไปมักเป็นเลนส์นูนอันเดียว แต่บางทีก็ใช้เลนส์หลายอันประกบติดกันเป็นระบบ เพื่อมิให้ขอบภาพที่เห็นจากเลนส์เป็นสีรุ้ง และ เพื่อให้เห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
แผนภาพแสดงส่วนประกอบภายในกล้องจุลทรรศน์
ส่วนคำว่ากล้องจุลทรรศน์ หมายถึง กล้องที่ประกอบด้วยเลนส์มากกว่า ๒ ชิ้น (compound microscope) ซึ่งมนุษย์รู้จักใช้กันมานานประมาณ ๔๐๐ ปี กล้องจุลทรรศน์ที่สร้างขึ้นในตอนแรกประกอบด้วยเลนส์นูนสองอัน เลนส์อันหนึ่งอยู่ใกล้วัตถุ มีหน้าที่ทำให้เกิดภาพที่ขยายใหญ่ ผู้ใช้กล้องจะต้องมองผ่านเลนส์นูนอีกอันหนึ่งที่อยู่ใกล้ตา หรือเลนส์ใกล้ตา ซึ่งจะช่วยขยายภาพที่เกิดจากเลนส์อันแรกให้ใหญ่ยิ่งขึ้นไปอีก ในปัจจุบันใช้เลนส์หลายอันรวมกันเป็นหนึ่งหน่วย และในกล้องจุลทรรศน์หนึ่งกล้องต้องใช้เลนส์สองหน่วย หน่วยหนึ่งเป็นเลนส์ใกล้วัตถุ ส่วนอีกหน่วยหนึ่งเป็นเลนส์ใกล้ตา
ในปัจจุบันนี้ กล้องจุลทรรศน์ที่อาศัยแสงใช้ส่องให้เห็นวัตถุ ขยายใหญ่กว่าเดิมได้อย่างมากที่สุด ประมาณสองพันเท่า ไม่อาจมีกำลังขยายที่ใหญ่ขึ้นไปกว่านี้อีกได้ เนื่องจากภาพที่เกิดขึ้นภายในกล้องจุลทรรศน์ เป็นภาพที่เกิดจากคลื่นแสง ซึ่งมีขีดจำกัด ขึ้นกับขนาดของภาพกับช่วงคลื่นของแสง ถ้าภาพมีขนาดเล็กมาก เมื่อเทียบกับช่วงคลื่นของแสง ก็จะไม่อาจส่องขยายภาพให้เห็นใหญ่มากๆ ได้ ดังนั้น ถ้าต้องการส่องขยายวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก เช่น ส่องดูไวรัส ก็จะต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ชนิดอื่น ที่มิได้อาศัยแสง เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscpe)
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เป็นกล้องที่อาจใช้ส่องดูวัตถุขนาดเล็กมากๆ ให้เห็นใหญ่ขึ้นได้กว่าเดิมถึงสองแสนเท่า กล้องชนิดนี้ใช้อิเล็กตรอนแทนแสง โดยใช้อำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าบังคับกระแสอิเล็กตรอนให้พุ่งไปรวมกันที่จุดจุดหนึ่งในในทำนองเดียวกับการใช้เลนส์รวมแสงไปที่จุดโฟกัสในกล้องจุลทรรศน์แบบธรรมดา ภาพจะเกิดขึ้นบนจอเรืองแสงหรือบนกระจกถ่ายรูป เครื่องมือส่วนใหญ่ของกล้องชนิดนี้ต้องอยู่ในสุญญากาศ วัตถุบางอย่างที่จะส่องดู เช่น โลหะจะต้องตัดให้เป็นชิ้นบางมาก ประมาณสองในล้าน ส่วนของหนึ่งนิ้ว หรือสามในล้านส่วนของหนึ่งนิ้ว
แผนภาพแสดงส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นประโยชน์มากในการศึกษาค้นคว้าทางการแพทย์ โลหะวิทยา และวิทยาศาสตร์อีกหลายสาขา เพราะอาจใช้ส่องให้มองเห็นรูปร่างลักษณะของบัคเตรี ไวรัส และผลึกที่ประกอบขึ้นเป็นโลหะ ซึ่งไม่อาจมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา
กล้องเพอริสโคป
กล้องเพอริสโคปเป็นเครื่องมือสำหรับใช้ในเรือดำน้ำ เพื่อให้มองเห็นสิ่งที่อยู่บนผิวน้ำในขณะที่เรือกำลังดำอยู่ใต้น้ำได้ กล้องชนิดนี้สามารถช่วยให้มองเห็นวัตถุที่มิได้อยู่ในแนวสายตา หรือมองจากที่กำบัง ซึ่งเป็นวัตถุทึบแสงได้อย่างดี ตัวกล้องเป็นกระบอกยาว ภายในมีเลนส์หลายอันแท่งปริซึมหรือกระจกเงาเอียงเป็นมุม เพื่อให้สะท้องแสง
แสงจากวัตถุที่อยู่เหนือผิวน้ำเมื่อผ่านเข้ามาทางปากกล้อง จะเปลี่ยนทิศทางเดินเมื่อผ่านแท่งปริซึมจากนั้นแสงนี้จะผ่านเลนส์ซึ่งจะทำให้เกิดภาพขยายขนาดใหญ่ขึ้น กล้องเพอริสโคปที่ใช้ในเรือดำน้ำมีส่วนบนของกล้องเรียวเล็กกว่าส่วนที่ฐาน เพื่อให้เลื่อนกล้องให้มีขนาดยาวหรือสั้นได้ง่ายและสามารถหมุนได้รอบตัว เพื่อให้เห็นภาพได้รอบทิศ ขณะเรืออยู่ใต้น้ำ จะสามารถมองโผล่กล้องขึ้นมาเหนือผิวน้ำ ทำให้ผู้ที่อยู่ในเรือดำน้ำสามารถมองเห็นสิ่งที่อยู่บนผิวน้ำ เช่น เรือข้าศึก ได้อย่างชัดเจน
นอกจากใช้ในเรือดำน้ำ กล้องเพอริสโคปยังอาจใช้ในป้อม ในสนามเพลาะ ในรถเกราะ หรือส่องดูการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูได้อีกด้วยกล้องเพอริสโคปอย่างง่าย ซึ่งทำขึ้นจากกระจกเงาบางวางเอียงทำมุมกัน เป็นกล้องที่ทุกคนอาจสร้างขึ้นเอง สำหรับใช้ดูขบวนแห่ ดูพิธีแรกนาขวัญ หรือมองข้ามที่กำบัง เช่น กำแพงสูงๆ ได้อย่างดี
รังสีเอกซ์
กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้มนุษย์สามารถมองเห็นได้ไกลยิ่งกว่าที่เคยเห็นด้วยตาเปล่ามากมาย ส่วนกล้องจุลทรรศน์ก็ช่วยให้สามารถมองเห็นสิ่งที่มีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าได้อย่างถนัดชัดเจน นอกจากเครื่องมือสองชนิดนี้แล้ว มนุษย์ยังมีเครื่องมือที่อาจช่วยให้สามารถมองทะลุผ่านวัตถุทึบ เช่น โลหะหรือเนื้อหนังมนุษย์ได้ราวกับไม่มีสิ่งใดกั้น เครื่องมือชนิดหลังนี้ใช้รังสีที่มีชื่อว่า รังสีเอกซ์ (x-ray)