天文学实验天体

为什么不必将天文学划分为理论和实验两大基本部分？

（2015——2016宇宙学哲学手稿）在物理学中有理论物理学和实验物理学的区分，我们却不能想...

（2015——2016宇宙学哲学手稿）在物理学中有理论物理学和实验物理学的区分，我们却不能想当然地认为在天文学中也有理论天文学和实验天文学的划分。确实存在一种基础天文学与测量天文学的划分，基础天文学大体上等同于理论天文学，天文测量学则大体上等同于实验天文学，这不意味着天文学界接受了理论和实验天文学的基本划分。本编译者发现（或发现中的发现），唯有在天文学中不存在严格的理论与实验的“二分法”，比如：在物理学中存在“两个划分”——理论与实验物理；在经济学中存在理论和应用经济学，证劵学、债劵学、基金学、黄金外汇学等等属于应用经济学。心理学和医学分为基础心理学和医学，应用心理学和临床医学等。可以将天文学类似地划分为基础天文学和“应用天文学”，将“应用天文学”划分为测量天文学等，将测量天文学进一步划分为太阳系天文测量学、银河系和河外星系天文测量学，还可以划分为星系测量学、黑洞测量学、中子星测量学等等。

天文学界似乎不接受实验天文学、或者应用天文学的提法，因此，我们不能“强词夺理”地认为射电天文学、红外线天文学、X—射线天文学等属于“应用天文学”，而地球物理学、行星天文学、太阳系天文学、星云和宇宙射线天文学、中微子和引力天文学等都属于理论天文学。本作者思考了天文学体系中“理用不分”的原因，发现天文学与其它科学的“基本面”划分确有不同之处，有“合二为一”、或“和而不同”的特点，没有必要引进“实验天文学”、或“应用天文学”的提法，比如：当我们研究陨石时，没有必要说我们在研究一门应用领域的天文学；当我们研究不明飞行物（UFO）和外星人时，也没有必要说我们在研究一种与外星文明有关的应用天文学。虽然没有应用天文学的提法，但是，我们可以接受一种理论与实验“不分家”的天文学划分方法，比如：基础天文学、测量天文学、航天工程天文学等。

为什么可以将天文学划分为小行星和行星天文学、恒星和星系天文学、星云和星际介质天文学、天体物理和天体化学、天体生物和天体医学（航天医学）等学科，而不将天文学划分为理论和实验（应用）天文学昵？本作者首先提出这一问题，仅供天文爱好者思考，其中的一个原因也许与天文学对象的特殊性有关，天文学以宇宙中的物质、时间和空间为研究对象，既可以是时空和天体范围较小的地月系和太阳系，也可以是时空和天体范围较大的星系群和星系团，无论是较小的，还是较大的时空和天体对象，它们都不能作为人类实验的样本，或者说它们只是自然的样本。人类的科学实验基本局限在地球上的实验室，比如：LIGO引力波实验室，大型强子对撞机（LHC）实验室等，由于不能在地球上设置天文学概念的实验室，因此，天文学意义上的“天空实验室”就是时空和天体对象的本身，因此，以时空和天体为研究对象的天文学既是一门理论科学，也是一门实验科学，只不过所谓的天文学“实验”不是在人工实验室中进行，而是自然本身的运动和变化过程。

天文学比较经典的划分可以有三个部分，即：基础天文学、天体测量学和天体物理学。基础天文学比较接近理论天文学，而天体测量学和天体物理学比较接近实验（应用）天文学的概念，但是，天学家界实际上没有提出两种划分的概念，只有一种侧重点和研究领域的不同，而不是理论与实验基本划分的不同。最明显的当属天体物理学，我们在其中找不到任何理论与实验划分的影子，不能说某位科学家是做理论天体物理学的，另一位科学家是做实验天体物理科学的。天体物理学家当然会将理论物理学的原理应用到时空和天体的研究中，比如：将牛顿的万有引力理论、将相对论、量子论、信息论的若干原理应用到天体运行和时空变化的研究中，会将实验物理学的专门成果应用到基础、测量和天体物理学的研究中，但是，天体物理学家不会、也不可能设置一个类似地月系、太阳系的“天文实验室”，因为，地月系和太阳系无法“仿制”，我们所做的工作就是观测它们的演变和关联，我们的工作建立在“天体实验室”的基础上，既是一种理论，也是一种实验，是一种离开了人的操作的“自然实验”。

回到哲学的层面上来，可以说物理学实验是一种科学实验，而天文学的实验则是一种自然实验，实际上，天文和自然实验的提法十分勉强，如果实验这个词包含了“人工操作”的成分，那么我们最好剔除天文和自然实验的提法，自然运动就是自然运动，没有自然实验的含义；天文规律就是天文规律，没有天文实验的结果。天体运行和自然演变是客观的唯一过程，是多种因素促成的唯一路径，没有任何意义的“实验”成分。但是，物理学理论和实验的确是天文学和天体物理学的基础，而天文学和天体物理学的确可以成为理论和实验物理最大的验证和应用舞台，比如：没有电磁学的理论与实验，我们很难设想射电天文学的诞生和快速发展，很难想象射电和光学天文学成为现代天文学的两大支柱；比如：天文学家不断地在极端的天体系统和天文现象中找到验证爱因斯坦广义相对论的方法，比如：天文学家最近又观测到了几个爱因斯坦的引力透镜，发现一个矮小的星系可以验证宇宙的膨胀，一系列的超新星暴现象验证了侠义相对论的质能方程式等。

既然天文学不存在理论与实验的划分问题，那么天文学的理论就是天文学的应用，反之亦然，天文学的应用就是天文学的理论。“合二为一”的天文学并不妨碍我们采取的一种天文学价值取向，比如：我们在研究黑洞视界附近的气体热效应时既是一种引力和热力学的理论研究，也是一种与人来遥远未来有关的应用研究，也许人类在遥远的未来可以开发和实验如何利用黑洞的热能源机制，黑洞的巨大能源可以让未来的人类“坐享其成”，或者收获“免费的午餐”；又比如：我们在研究地球的自转和公转，地球旋转轴和太阳系平面的“夹角”时既是一种地球科学的理论研究，也是一种与人类的日常生活和经济活动有关的应用研究，可以说古代尼罗河水周期性的泛滥和中国的“24节气”就是这种应用研究的结果，这些“经验天文学”在各个古代社会中都有大量的生动事例，编写成几十本的古代天文学肯定没有问题。

至于多数人感到天文学不是一门“吃饭的科学”，与我们的日常生活似乎没有多少联系，我们只关心“身边的那些事”和“新闻的那些事”，可能与现代天文学的发展有关，现代天文学不仅没有理论与实验天文学的划分，而且观测和研究的视角和范围越来越广、越来越远，广到基本粒子和超大星系团，远到我们宇宙“在那遥远的地方”——宇宙诞生和终极命运的时刻，这些问题的确不是一门“吃饭的科学”，与发生在我们身边的事，发生在国内外的新闻事件没有任何的关联，属于纯粹的“形而上学”和“理性思维”，不是每一个人都能随意谈论的，或者说属于“生活大爆炸”中一些科学家讨论的“轻松”话题。现代天文学和宇宙学越来越像一门理论哲学。当我们谈论日常哲学时，哲学似乎离我们很近；当我们讨论诸如经验批判主义哲学时，哲学似乎离我们非常遥远。同样，我们就生活在地球上，甚至在我们家的门前有一条弯弯的河，我们的地球就在太阳系，是太阳系中一颗极其普通的行星，天文学似乎离我们很近；当我们考虑基本粒子有没有质量、电荷和自旋，宇宙网的结构、形状和边界时，天文学和粒子物理天文学似乎离我们远而又远。

我们经常说距离不是问题，但是，对于天文学来说，距离经常成为一个问题，在近乎无限大和无限小的距离上，天文学的理论与实验、测量与应用的划分变得没有意义，因此，我们不能在通常的和经验的理解上将天文学划分为理论与实验、或理论与实践两大部分，天文学也许是个例外，其它的自然和社会科学有必要，也有可能进行这种“一分为二”的划分。

作者：邓如山（迪普曼地球与宇宙哲学工作室 yywgs@163.com ）

时间：2016-5-30

Why We don’t need to divide Astronomy into two parts :One is theoretical Astronomy,The other is Experimental Astronomy ?