科学家经过许多世纪以来，陆续配备了他们自己的全套应用的物质工具，就是科学仪器。
——贝尔纳
欧洲的中世纪（从5世纪到14世纪），在历史上被称为“黑暗时代”。恩格斯曾评论说：“它把古代文明、古代哲学、政治和法律一扫而光。”唯一的生存者似乎只是基督教。那时候书籍非常少，人们很少写字，脑子里尽是迷信思想（巫师可以随便将灾祸和死亡加给别人）。学者们都忙于思考和争论关于人死后来世的问题。在这一为愚昧、野蛮和迷信充斥的时代，科学处于暂时的“冬眠”期。15世纪初，人们开始探索周围的世界。首先觉醒的是意大利的一些大城市，如佛罗伦萨、热那亚和威尼斯。它们都位于去中国、印度等东方文明古国的商路上，是贸易的中心。东方文明的输入，唤醒了西方这一沉睡的世界，尤其是印刷术的出现使许多新思想得以涌入和迅速传播。于是著名的文艺复兴运动开始了，一大批科学巨人诞生了——达•芬奇、哥白尼、第谷、开普勒、伽利略。实验科学的种子也就随之在这片土地上萌发。它宣告了一个伟大时代——近代科学时代的来临。当时近代科学产生的一个重要标志，是科学家对科学实验中所运用的各种仪器、工具及设备的研制，因为它直接决定了科学实验的精确性，决定了实验科学或近代科学产生并独立的进程。在当时的社会背景及人们的一般观念中，各门具体科学仍包罗在哲学中。同样，科学家在科学实验中运用的仪器或工具仍属哲学的范围。因此，当时人们把这些专门用探索自然规律而进行科学实验的仪器称为“哲学仪器”或“智慧工具”。这就是我们今天所说的科学仪器。
达•芬奇不仅是伟大的画家，而且是数学家、工程师。他十分重视机械学，认为机械手段的设计和制造是推动科学研究和发展的重要基础。因而他发明了多种“哲学仪器”，如自动锯、测风器、温度计、鼓风机、水车等。
16世纪的丹麦天文学家第谷•布拉赫，14岁时就在哥本哈根对1560年10月21日的日食作了观测。第谷的一生十分幸运，他一直得到欧洲一些国王的支持。1576年，丹麦国王斐特列为他建造了一个庞大的乌兰巴尼天文台。第谷在这座“空中堡垒”中工作了多年。他的天文观测工作准确而细致，为此他自己设计并制造了当时世界上第一流的观测仪器。1569年，他在一次访问中为奥格斯堡市长设计了一台巨型象限仪。它可通过操纵杆来运行，以精确地观测地平线上的任一天体目标。第谷还设计并制造了著名的墙象限仪及经纬仪。第谷借助这些精良的科学仪器和装置，用他敏锐的观察力，作出了当时世界上最准确的天文观测。他用反覆观测和组合观测的办法减少误差，因此在他的星表中，标准星座标的概差仅为25秒左右。这一切，极大地推动了天文学的发展。
对科学仪器有划时代贡献的是16世纪著名的意大利科学家伽利略。由于杰出的贡献，他获得了“实验科学奠基人”的称号。他在讲授筑城学时为改进制图仪器而试制了比例仪。他的比例仪可用来放大地图，既精确又简便，他称其为“军用几何仪”。今天绘图员还在使用的函数尺就是在伽利略最初设计的基础上加以改进制成的。伽利略还曾小规模地制造这种仪器，为此他雇用了两个人。一个人在他的指导下制造比例仪，另一个人用意大利文抄写使用说明书。虽然他的大部分学生都使用拉丁文，但伽利略却用意大利文书写说明，为的是让普通老百姓也能看懂。就在此时，伽利略还发明了另一种有趣的仪器，即空气温度计。
当时在科学界，第谷及其学生开普勒对天文学发展的贡献深深地影响了伽利略。他读完开普勒的《新天文学》一书后，希望有一天能证明它。事实上，伽利略自己证明它的这一天比他所希望的来得更快。
1609年6月的一天，伽利略听到一个消息，说荷兰有一制作眼镜的人，名叫利波塞，发明了一种奇怪的管子，用它看东西能将东西放大。伽利略也决心制造这样一个镜管。他找来了所有关于透镜的材料，数量很少，几个钟头就看完了。他弄清了镜管的基本原理，于是拿起笔和纸开始画透镜和管子的图，并进行了大量的计算。然后他花了很长时间来研磨玻璃，把它一片一片地磨好，擦亮，一直到这些玻璃完全符合要求为止。他准备了一个双层能滑动的管子，一头安装一片大的凸透镜，另一头安装一片小的凹透镜。他从凹透镜的一端看去，把管子对准窗外的一棵树进行调整。他很惊讶，树叶看起来清清楚楚，就像拿在手里一样可以看到叶子的筋脉，也可看到虫子在上面咬的小洞。他把镜管转向教堂的钟塔，也是那样，看起来又大又近。他成功了！但伽利略仍不满足，他知道只要用耐心和劳动还可以制造放大更多倍的镜管。1609年的整个夏天，他都在研制这种镜管，致使他的第二个镜管能把物体放大60多倍。这一仪器在1611年被取名为“望远镜”（telescope）。这是一个新词汇，是由希腊词中的“望”与“远”两个词合成的。在此以后伽利略继续改进他的望远镜，这种改进工作用去了他所有的时间，占去了他的整个精神世界，以致于他的家人都从他的身边离去。经过一番艰苦的劳作，他终于制成了一个能放大一千倍的望远镜。他高兴得像一个孩子有了新玩具那样摆弄着他的最新的望远镜，抚摸它，检查它的每一部分，等待着晴朗的、星光灿烂的夜晚。1609年的深秋，伽利略把望远镜指向天空。他看到了从来想象不到的怪事：天鹅绒似的天空中，布满了无数颗星星；月亮像地球一样表层上有山脉；太阳上有黑子。他还认识到，月光是阳光的反射，太阳是太阳系的中心。1610年3月，《星的使节》一书在威尼斯出版，伽利略向全世界宣布了他用望远镜所发现的事情。
在近代科学的形成过程中有许多科学家像第谷、伽利略那样研制出了多种科学仪器，并用于实验探索和理论研究。可以说近代科学的主要特征之一就在于使用科学仪器，因为科学仪器的出现使人类的认识活动彻底超越了前科学阶段那种完全局限于肉体感官的认识方式和认识水平。
随着现代科学技术的发展，科学仪器在科学认识活动中的作用越来越重要，并日益多样化。例如，各类望远镜（光学的、射电的）和显微镜（光学的、电磁的、声学的）的使用，把人的观察范围扩展到1023—10-13厘米。随“大科学”时代的来临，科学研究规模增大，科学研究所使用的仪器不仅越来越高级、精密、尖端，而且往往需要构成一定的系统，具有综合特征，如电子计算机和自动控制系统的产生和运行。如果说以往的科学仪器是人的肢体和感觉器官的延伸、强化，那么电子计算机、自动控制系统则是人的思维器官——大脑的延伸，对人类智力的放大和模拟。因此，人们往往将以电子计算机为核心的自动控制系统叫做“人工智能系统”。
总之，科学仪器是人们为研究自然界各种现象及其性质、规律而创造和使用的专门物质技术手段，是科学研究中不可缺少的要素，在一定意义上可以说，科学仪器是科学认识手段的“硬件”，而科学方法则是科学认识手段的“软件”。
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