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天文學、宇宙學有何區別?天文學的天物、天測和天力又有何區別?

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天文學的概念比宇宙學要大一些,當然它們有可以有交叉。比如在北京師範大學有一個天文學系,天文學系研究的是天文學,裡面也有老師研究宇宙學,比如張同傑老師就用天河二號的超級計算機研究宇宙的演化。

因此,在這個意義上來說,天文學可以包含宇宙學,但反過來宇宙學不可以囊括天文學。在天文學中,不但有宇宙學,也有恆星學,也有行星學,還有星系學,在不同的尺度有不同的天文規律,這些規律都是天文學要研究的,而宇宙學顯然是最大的那個尺度。

同時,我們要注意到,並不是只有天文學系才研究宇宙學,同樣以北京師範大學為例,在北京師範大學物理系,有一個相對論研究組,裡面也有人研究宇宙學。比如馬永革老師的研究組就研究圈量子宇宙學。

這也是宇宙學的一種,只不過偏理論,而且還偏量子,但這也是可以的。所以,簡單地說,宇宙學涉及到早期宇宙的時候,不但有量子宇宙學,還有熱大爆炸宇宙學與粒子宇宙學,在這方面,中國科學院高能物理研究所的張新民老師就是研究粒子宇宙學的專家——但他也不是天文系的。

所以這裡面的實際情況就是宇宙學本身也很大,可以由各個不同領域的專家來進行研究。

最後,天文學總體上是一個實驗學科,比較重視觀測,所以要修很多天文望遠鏡來觀測各種天文現象。

以前只有光學手段,現在發現了引力波,多信使天文學已經開啟,引力波天文學也是講究觀測的。所以,天文望遠鏡是天文學的儀器基礎。而宇宙學雖然也需要觀測,但總體來說還比較偏理論學科,因為宇宙學除了宇宙微波背景輻射與超新星,能觀測的東西還不多,除非能看到原初引力波,否則宇宙學還是一個偏理論的學科,其理論框架被稱為標準宇宙模型。

簡單來說,天文學研究天上具體有什麼,宇宙學研究宇宙整體是怎麼運轉的。

宇宙學這個概念上世紀才出現,比天文學晚得多。但是在遠古時期,天文學家也都會討論宇宙是怎麼運轉的,因為古人心目中的宇宙很小。在各種神話和宗教傳說里,從地面到「天庭」的距離都很近,只比高山再高那麼一點。

古代西方人認為宇宙就是一層層的水晶殼包裹著地球(是的,古人早就知道大地是個圓球)。太陽嵌在一層水晶殼上,月亮嵌在一層水晶殼上,行星嵌在一層水晶殼上,全部恆星又嵌在一層水晶殼上。這些殼體也就是比地球表面更大一些而已。

既然宇宙這麼小,研究天文就順帶界說了宇宙的全貌。托勒密的地心說,哥白尼的日心說,既是天文學說又是宇宙學說。為什麼這樣呢?因為他們不是在討論行星繞著什麼轉,而是討論宇宙所有天體是圍繞地球還是太陽運轉。

大約十八世紀,天文學家才發現恆星是另外的太陽系,它們不繞著太陽轉。再過了一個世紀才發現銀河繫結構,意識到太陽不過是銀河中的一顆普通恆星。到了二十世紀,人類才發現河外星系。

在這個過程中,天文學逐漸認識到宇宙比太陽系大得多,不再去界說宇宙整體怎麼運行,而是去深入研究具體天文現象。比如現在有行星科學專業,就只研究其它幾大行星的情況。有射電天文學,主要研究射電望遠鏡提供的天文信息。

但是這樣一來,仍然需要有學科去研究整個宇宙的運轉,它是怎麼來的,又會發展成什麼樣。宇宙學就這樣從天文學中分出來,並且它更多的結合物理學和數學的成果,不像天文學以觀測為主,而是以計算為主。象剛剛去世的霍金,雖然他經常和大家說太空中的事,但他的主要貢獻在宇宙學,而不是天文學。

當然,現代宇宙學仍然要結合新的天文觀測成果,比如大爆炸宇宙學,最初就源於哈勃發現的「紅移現象」。宇宙中遙遠天體都在迅速倒退,意味著宇宙在膨脹。如果沒有這個現象,就不會有人提出大爆炸宇宙學。但這個宇宙學理論還是通過計算完成的,將現有觀測數據計算後,發現宇宙在137億多年前是一個點。

隨著天文觀測結果不斷翻新,宇宙學的理論也在改變。比如幾十年前,宇宙學認為大爆炸後會有大坍縮,整個宇宙會在未來某個時刻重新收縮,最後還原為一點,再發生下一次爆炸。但是現在的觀測結果傾向於宇宙會無限膨脹下去,各種天體都會散開在寒冷黑暗的宇宙里。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)

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