宇宙的概念源远流长，一般作为天地万物的总称。人类认识宇宙的过程经历了：发现地球是球形的、日心体系、万有引力定律和天体力学的建立、太阳系演化观、建立银河系和星系概念、天体物理学兴起、爱因斯坦时空观等7次大飞跃。近半个多世纪以来，天文学进入迅猛发展的新时代，新发现接踵而来，出现大量新课题，面临新的飞跃，乃至孕育自然科学新的革命。本章主要讨论系统相对论的宇宙观。
第一节太阳系的形成。
1.1星云假说
1.1.1康德假说
1755年，德国哲学家康德（I.Kant）根据万有引力原理提出了“微粒假说”。他认为，宇宙中弥漫着微粒状的原始物质，在万有引力作用下，较大的微粒吸引较小的微粒，并逐渐聚集加速，结果在弥漫物质团的中心形成巨大的球体，即原始太阳。周围的微粒在向太阳这一引力中心垂直下落时，一部分因受到其他微粒的排斥而改变了方向，便斜着下落，从而绕太阳转动。最初，转动有不同的方向，后来有一个主导方向占了上风，便形成一扁平的旋转状星云。云状物质后来又逐渐聚集成不同大小的团块，便形成行星。行星在引力和斥力共同作用下绕太阳旋转。
康德关于太阳系是由宇宙中的微粒在万有引力作用下逐渐形成的基本观点是可取的，它能说明行星的运行轨道具有的共面性、近圆性、同向性等特点。但康德假说解释不了太阳系的角动量来源。
1.1.2拉普拉斯假说
1796年，法国数学家拉普拉斯（Laplace）在不了解康德假说的情况下提出了星云假说。他提出太阳系是由一个灼热的气体星云冷却收缩而成的。原始的灼热星云呈球状，直径比今天太阳系直径大得多，缓慢地自转着。后来，由于冷却而收缩，其自转速度逐渐变快，同时因赤道附近的离心力最大，故星云逐渐变扁。一旦赤道边缘的离心力大于星云对它的吸引力，赤道边缘的气体物质便分离出来，形成一个旋转的气环，由于星云继续冷却收缩，上述过程重复发生，又形成另一个旋转的气环，最终形成了与行星数相等的气环（称拉普拉斯环）。星云的中心部分最后形成太阳，各环在绕太阳旋转的过程中逐渐聚集形成行星。行星也同样发生上述作用，形成卫星。土星的光环可能就是由尚未聚集成卫星的许多质点构成的。
拉普拉斯假说同样能解释行星运行轨道的各项特点，以及组成太阳、行星和卫星的元素一致性，也能解释太阳系角动量的由来，但解释不了角动量分配的特点。另外，目前人们已探知宇宙中许多星云的温度并不高，收缩不是由于冷却，而是由于吸引力引起的。星云在收缩过程中，温度不是降低而是升高。
1.1.3戴文赛假说
由于康德假说和拉普拉斯假说都解释不了行星的角动量问题。在20世纪魏扎克、霍伊尔、阿尔文又先后提出了各自的假说。1977年，我国著名天文学家戴文赛根据天文观测的实际资料并吸取各家假说之长，提出了关于太阳系形成的看法。其要点如下：
1）50亿年前星际物质因彼此吸引而收缩，形成一个旋转的原始星云团。原始星云团不断收缩，越转越快，并逐渐变扁。
2）原始星云最初的温度很低，为冰点以下200多度，由于收缩使大量引力势能转化为热能，使其温度逐渐升高。
3）原始星云收缩到大致为今天海王星轨道的大小时，其赤道处的旋转离心力大致等于星云本身对赤道处物质的吸引力，因此赤道处的物质便不再收缩，但星云内部还在继续收缩，最后就形成了一个周边较厚而中心较薄的旋转星云盘。
4）原始星云中大约97%的物质通过收缩而在星云盘的中心聚集成为太阳，其余物质中细微的固体质点通过相互碰撞和引力吸引聚集成为行星。
5）离太阳较近的区域因为温度高，原始物质中大部分挥发性物质几乎全部逃逸，剩下的是铁、硅、镁、硫及它们的氧化物，组成体积和质量较小、但密度较大的类地行星。离太阳较远的区域因为温度低，除了拥有类地行星物质以外还有大量的氢原子、氢分子、氦、氖等气体，以及氧、碳、氮及它们的氢化物，它们组成了体积和质量较大但密度较小的木星和土星。离太阳最远的区域的行星因受太阳的吸引力微弱，大部分气体逃逸，或所存很少，行星的体积、质量、密度一般介于前两类行星之间。
6）由于太阳曾经抛射出部分带电物质并损失了角动量，而行星是由原始星云中最外面的物质形成的，这部分物质的角动量本来就很大，这就造成了太阳系角动量具有目前的分布特点。
1.2太阳系的形成原理
系统相对论支持太阳系来源于星云的观点，但与上述假说所描述的形成原理不同，下面以太阳系为例来描述。
1.2.1从多体系统到原始星云涡的形成
星云来源于天体的大爆炸或由黑洞两极射出的物质（详见第四节）形成。构成星云的物质微粒主要由电子、质子、原子等极性粒子组成，这些微粒间存在相干作用而构成一个宇观尺度的多体系统，如图9-1a所示。在外界场的诱导下、以及粒子间相互诱导的作用下，星云中形成若干球状原始星云涡。星云密度越大的地方，原始星云涡形成的越早、涡运动越强、演化的也较快。
在原始星云涡的中心较重的粒子比例较高、物质的密度也较大；离开中心越远，较重的粒子比例越低、物质的密度也越小。在自诱导运动的作用下，原始星云涡的体积缓慢收缩，相邻的原始星云涡间出现了清晰的边界，这个边界被外界引力场所填充。于是原来作为一个整体的星云多体系统，演化为若干个孤立的原始星云涡，它们各自成为与外界引力场相互作用的二体系统，如图9-1b所示。这其中的一个原始星云涡就是太阳系的最早雏形。
1.2.2原始星云涡结构的演化与太阳的产生
原始星云涡呈球体结构，涡的轴线与球面的两个交点称作原始星云涡的南极和北极，如图9-1c所示。原始星云涡的涡运动，在两极形成两个沿涡轴同向转动的漩涡，从外部看，南北两极上的漩涡分别沿逆时针和顺时针旋转，从侧面看，两极漩涡呈喇叭状结构（如同水面上形成的漩涡），如图9-1d所示。
在涡的自诱导运动作用下，两极漩涡强度不断增大，两极漩涡的中心不断深入原始星云涡球内部，最终两极漩涡中心相汇于原始星云涡的中心。两极附近的微粒沿涡面不断向球内旋进，最终从两极旋进的微粒在球体的中心形成聚集，并高速旋转。这个最初来源于两极、汇聚于原始星云涡中心的微粒聚集体就是太阳的雏形，如图9-1d所示。可见，太阳等天体的角动量来源于形成它们的原始星云的涡量。
随着两极附近的微粒不断向球心聚集，一方面，两极上的漩涡面不断扩大；另一方面，涡面邻近区域的微粒被诱导进旋涡中。于是，球内更多微粒加入通往球心的大军之中，最终原始星云涡内的绝大部分微粒进入球心，而成为太阳的一部分。与此同时，原始星云涡从球状结构转变为两极凹陷面不断扩大的扁平结构，如图9-1e所示。
1.2.3行星的产生与太阳的形成
随着太阳的不断增大，太阳的引力场不断增强。在太阳引力场的诱导下，太阳赤道面附近做圆周运动的微粒也在不断聚集，使相同轨道上的微粒慢慢汇集在一起，逐步形成在太阳赤道面上存在一定分布的、距离太阳远近各异的若干球状的星云子涡。一方面，星云子涡随离开太阳的距离，由近及远先后形成；另一方面，距离太阳越远，球状星云子涡的半径越大，演化得也就越慢。这些球状星云子涡就是行星的雏形，如图9-1f所示。
图9-1太阳系的形成原理示意图随着球状星云子涡的形成，加入两极涡的微粒越来越少，太阳两极的漩涡随之逐渐减弱，直至消失。这时，初始的太阳完全形成——太阳系形成过程的第一阶段结束。随后，太阳系的形成过程进入第二阶段——行星的形成过程。
1.2.4太阳系的形成与二体系统的建立
随着太阳的完全形成，太阳系从一个原始星云涡的多体系统演化为由太阳引力场主导的、分别与各个原始行星相互作用的二体系统。至此，太阳系基本形成。与太阳的形成过程一样，行星和卫星也最终形成，这就是现在我们看到的太阳系。
可见，在太阳、行星等天体的形成过程中，涡运动起主导作用；在太阳系的结构形成中，太阳的引力场起主导作用。因此，完整描述我们的宇宙既需要涡理论也需要引力理论，但决定宇宙结构的是引力场。
从上述太阳系的形成过程，我们可以得到如下几个结论：
1）原始星云涡的产生标志着星云从无结构的、相干作用为主导的粒子多体系统，转化为有一定内部分布结构的、外界引力场主导的并分别与各个原始星云涡相互作用的二体系统。
2）原始星云的凝聚是从原始星云涡的两极（高纬度）开始的，然后逐步向低纬度延伸，这就是我们现在看到太阳系为近平面结构的原因。
3）太阳积聚了太阳系原始星云涡的绝大部分微粒，因此它的质量在太阳系中处于绝对的统治地位。
4）太阳系内天体形成的先后顺序为：太阳、行星、卫星；行星按距离太阳的远近，由近及远逐步产生与形成。
1.3宇宙尘埃消失事件
2012年7月5日，英国《自然》杂志报道，近日科学家一直追踪研究的一团巨大宇宙尘埃环消失了，这些可能构成类似地球的天体的尘埃环曾位于距离地球450光年的某恒星附近。天文学家检测这个名为TYC82412652的恒星长达25年，直到这些发光的尘埃在两年半的时间内逐渐消失。目前，天文望远镜的图片证实了整片尘埃云基本全部消失。
对此，科学界众说纷纭。该科研小组的带头人卡尔·；梅里斯认为，这些尘埃消失至少有两个途径：尘埃粒子可能被恒星的引力场拖拽，或者它飘至外太空。美国加州大学的研究学者本·；朱克曼认为，“一个如此年轻的恒星附近环绕了这么多尘埃，这暗示着某些类似于我们太阳系内地球行星的多岩石行星，正在恒星附近逐渐形成。”一些科学家进一步猜测，这些图片可能为我们描述自身太阳系是如何形成的场景。还有些人认为，“我们并不知道这些尘埃具体从哪里来，我们也不知道什么导致它如此迅速的消失。”
天文学家推测TYC82412652恒星只有1千万年的历史，而我们的太阳已经存在了46亿年之久。根据1.2节太阳系的形成原理，可知该恒星系目前正处于恒星系形成过程第一阶段的末期，即该恒星即将完全形成、行星的星云子涡也即将完全形成。
在这个时段，该恒星系的原始星云涡被压缩在了恒星赤道面附近狭小空间内（参见图9-1f）。在这个狭小空间内的原始星云微粒，一方面通过恒星两极漩涡进入恒星；另一方面，由于行星的星云子涡较所处轨道的微粒具有较低的轨道速度，其轨道区域中的原始星云微粒不断被行星的星云子涡所吸收。因此，在这个狭小空间内的原始星云微粒不断减少，这就是上文所说“发光的尘埃在两年半的时间内逐渐消失”的原因。
轨道尘埃的消失，意味着该星系形成的第一阶段的结束和第二阶段的开始——行星的星云子涡完全形成（涡中的微粒数达到最大值）、星云子涡开始收缩、行星进入形成阶段。
第二节太阳系的结构与行星的运动。
在上一节中，我们给出了太阳系为何为扁平结构、太阳如何集中了太阳系99%以上的物质量、以及谁主导着宇宙的结构等问题的答案。本节主要讨论行星的轨道半径、公转速度、自转倾角，以及小行星带起源问题。
2.1行星的轨道半径
1766年﹐德国人提丢斯提出，取一数列0，3，6，12，24，48，96，192……，然后将每个数加上4，再除以10，就可以近似地得到以天文单位表示的各个行星同太阳的平均距离。1772年，德国天文学家波得进一步研究了这个问题，发表了这个定则，因而得名为提丢斯-波得定则。这个定则可以表述为：从离太阳由近到远计算，对应于第n个行星，其同太阳的距离：an=0.4+0。3×2n-2(天文单位)。对水星而言，n不是取为1，而是-∞。
提丢斯-波得定则提出后，有两项发现给了它有力的支持。第一，1781年F.W.赫歇耳发现了天王星，它差不多恰好处在定则所预言的轨道上。第二，提丢斯在当时就预料，在火星和木星之间距太阳2。8天文单位处应该有一个天体。1801年，意大利天文学家皮亚齐果然在这个距离上发现了谷神星；此后，天文学家们又在这个距离附近发现许多小行星。
但该定则也有一些不足之处，如对海王星和冥王星的计算值与观测值不符，而且对水星n不取为1，而取为-∞，也难以理解。此外，有的卫星同它所属的行星的平均距离也有与提丢斯-波得定则相类似的规律性。关于提丢斯-波得定则的起因，虽有人提出一些解释，但尚无定论。
从前述1.2.3节可知，形成行星的最初星云子涡，是在太阳系原始星云南北两极的漩涡间隙中产生的，因此星云子涡的半径大小取决于所处位置两极间的漩涡面间隔，如图9-2所示。从图中可以看出，相邻两行星的间距约为它们的原始星云涡半径之和，根据提丢斯-波得定则公式，容易推得相邻行星的间距为：
an-an-1=0.3×2n-3（9-1）。
图9-2太阳系行星分布原理示意图设第n个行星的原始星云涡半径为rn，于是有rn+rn-1=0.3×2n-3，由此容易推得：
rn=2rn-1（9-2）。
根据实测数据，可计算出行星原始星云涡半径数值，进而得出行星的理论间距（rn+rn-1），并与实际观测间距比较见下表。
水星金星地球火星小行星带木星土星天王星海王星星云半径rn0.050.10.20.40.81.63.26.412.8rn+rn-10.150.30.61.22.44.89.619.2实测间距0.3360.2770.5241.3812.2974.3529.66310.892间距偏差率-0.550.080.15-0.130.040.1-0.010.76从上表可以看出，除水星和海王星外，其他行星的间距观测值和理论计算值还算基本吻合，水星与金星的计算间距较观测值明显偏小，海王星与天王星的计算间距较观测值明显偏大。实际上，通过原始星云涡半径概念的提出，水星和海王星与提丢斯-波得定则不符的问题，已经转化为水星的原始星云涡的理论半径偏小和海王星的原始星云涡的理论半径偏大的问题。
从前述1.2.3节可知，水星离太阳最近，它的星云子涡产生的最早，当时在水星的星云子涡位置两极间的漩涡面间隔较大，因此水星的星云子涡半径较上述计算值要大得多。根据实测间距和金星的星云子涡半径，可得水星的星云子涡半径值r1=0.366-0.1=0.266(天文单位)。当然，这里没有考虑金星的星云子涡形成也较早的因素。
对于海王星，一方面，它的的星云子涡产生的最晚，使其星云子涡半径相对减小；另一方面，两极漩涡面越靠近外侧越趋于平缓、甚至两极间的漩涡面间隔变小，这导致海王星与天王星的星云子涡半径不再遵循公式（9-2）的倍率关系、甚至比天王星的星云子涡半径更小。根据实测间距和天王星的星云子涡半径，可得海王星的星云子涡半径值r9=10.892-6.4=4.492(天文单位)。当然，这里没有考虑天王星的星云子涡较晚形成的因素。
另外，行星的星云子涡半径与行星的场域半径，在数值大小上是具有类比性的一对概念，后者较前者应小一些。
2.2行星的公转
晚年的牛顿，在研究行星为什么会围绕太阳运转时，由于找不到天体运行的第一推动力而返回到神学的怀抱。他认为是上帝将宇宙推了一把，使得宇宙获得了动力。首先对牛顿的宇宙观提出不同看法的是德国哲学家康德，他用著名的星云假说（见本章1.1.1节），直接批判了牛顿的“第一推动力”。由于康德及其后继者提出的天体起源假说都存在这样或那样的一些问题，至今尚未形成被科学界普遍接受的理论。因此，这一关系到宇宙成因的第一推动力问题，至今仍困绕着整个科学界。
2.2.1公转的起源
从本章1.2节可知，在行星的星云子涡形成过程中，太阳系的原始星云涡还处于流体的涡运动状态之中，这时太阳系的原始星云涡属流体、原始星云涡的运动遵循流体运动理论。流体理论是以流体的外界为参照系建立的理论，这是该理论内的一个隐含条件。对于太阳系的原始星云涡，外界参照系是指诱导太阳系原始星云涡形成的、银河系中心黑洞的引力场；对于行星的星云子涡，外界参照系是指诱导行星的星云子涡形成的、太阳系中心太阳的引力场。显然，对于流体这种参照系的设置是科学的、也是唯一的。
在太阳逐步形成的过程中，太阳赤道面上原始星云涡的流动速度不断增强；当太阳完全形成后，太阳赤道面上各轨道位置的涡流速度不再增大而保持恒定。尽管太阳系的这些原始星云涡，后来演化成处于不同轨道的各个行星，但这些行星还是保留了与其形成前的涡流速度相类似的公转速度。
2.2.2涡速度与场速度
然而，随着太阳的完全形成，在太阳赤道面附近所剩无几的原始星云涡，演化成处于不同轨道的多个星云子涡。于是，太阳系从原始星云涡的流体演化为太阳和各个行星的星云子涡的有限数量的刚体。这时，流体理论不再有效，太阳与各个星云子涡间作用与运动遵循刚体理论。从第四章2.4节可知，在刚体理论中，物体的运动必须以它的外界场为参照系描述才有效。行星处于太阳的引力场中，因此行星的运动应以太阳为参照系。
当前科学界普遍以系外恒星为参照系（相当于以银河系中心黑洞引力场为参照系）描述行星的公转速度，如上文所述，这种描述是对行星形成之前的原始星云涡在该轨道位置的涡流速度，称之为行星的涡速度。与之相对，以太阳（引力场）为参照系所描述的行星的公转速度，称作行星的场速度。关于场速度的描述参见第四章的第三节。
需要说明的是，在行星由小到大的形成过程中，行星的涡速度逐渐减小，场速度逐渐增大，这一变化过程是在太阳引力场作用下进行的。
对于当前的太阳系，它是一个二体系统，涡速度的描述方式是不适用的，而场速度的描述方式才是适用的。因此，我们描述天体运行规律的万有引力定律和广义相对论必须进行参照系的修正。
2.2.3公转运动的现状和趋势
在行星形成的初期，所有行星都在太阳的赤道面上沿不同的轨道做匀速圆周运动。由于行星与太阳间的耦合引力场对其他行星的运动产生干扰（参见第四章4.4节），一方面，导致行星的轨道面偏离太阳的赤道面；另一方面，导致行星偏离了原来的匀速圆周运动轨道，而围绕太阳作略微偏心的椭圆轨道运动。
从下一节天体的生长原理可知，一般（具有较大质量的）行星在完全形成之后就进入了生长的阶段。随着行星的缓慢生长，它的涡速度缓慢减小、场速度缓慢增大，根据稳态运动方程可知，行星的轨道半径也在缓慢的增大。由此可知，行星围绕太阳的运动是渐行渐远的。
2.3行星的自转
根据本章1.2节可知，行星的自转角动量源于行星形成初期星云子涡的涡运动，其他天体也不例外。多数天体的内部都是流体态物质，具有较表面更快的角速度，因此天体的真实角动量，比根据表面自转周期算出的角动量要高一些。
2.3.1行星自转倾角的成因
在行星的星云子涡形成的时期，所有星云子涡的赤道面与其轨道面是相重叠的，也就是说，这时行星的自转倾角为零。如图9-3所示，在行星的星云子涡完全形成后，随着星云子涡从两极开始向中心汇集，星云子涡的涡运动不断增强、赤道半径被挤压而增大，相邻星云子涡在赤道面位置相互靠近，彼此产生相互排斥的作用力，于是星云子涡的涡轴被迫偏转，即产生方向一致的倾角。这就是地球、火星、土星、海王星具有相近倾角的原因。
图9-3行星形成过程中自转轴倾斜原理示意图与上述行星的倾角相比，水星倾角过小而金星几乎反向自转。它们倾角异常的原因解释如下：由于水星距离太阳最近，它的星云子涡形成的最早、行星的形成过程也最快。在水星的形成过程中，它的星云子涡半径增大的较快，与金星间产生较强的相互作用，使它们产生了惯性转动（倾角不断增大）。由于这时的金星星云子涡的内核（即行星的雏形）小于水星，因此金星较水星转动的要快一些。如图9-4所示，当金星转过90°；后，与水星在其转角小于90°；处，它们的子涡再次相遇。于是，金星的倾角转速慢慢减小，同时推动水星反向慢慢转动，最终金星停在几乎反转的位置上，水星停在了（几乎）原来的初始方位。
图9-4金星和水星倾角原理示意图对于天王星具有97°；多的倾角，主要是早期与海王星的星云子涡间相互作用的结果。如图9-5所示，由于海王星受到太阳原始星云涡两极漩涡面的制约（参见图9-1f），仅进行了较小的倾角转动就停了下来；天王星转过90°；后，再次与海王星的星云子涡相遇时才停了下来。于是天王星的自转倾角大于90°；。
图9-5天王星倾角原理示意图2.3.2行星内部的涡运动与地球的静止点东移效应。
以地球引力场为例，地球是太阳系中的一个子涡，地球的涡运动表现为向东的自转，地球内部的涡运动较地表要强一些，换言之，地球内部物质以更高的转速向东自转。由此可知，整个地球的平均转速比地表转速要高一些，即相对地球的静止点在相对地表的静止点的东侧。如果相对地面静止的物体从高空自由下落，那么它的落地点位于静止点的东侧。系统相对论称之为地球的静止点东移效应。
在静止引力区，高空中的静止物体离地面越高，地球的静止点东移效应越强，落地点越偏向东侧。在静止斥力区，一方面，物体在地球引力场的斥力作用作用下，而加速远离地球；另一方面，相对地面向东偏移，最终飞出地球场域。参见图4-7。
实际上，地球磁场就是地球内部流体涡运动的一种体现。地磁两极与地壳两极并不重叠的事实表明，地壳自转轴与地内流体涡轴存在一个夹角。系统相对论认为，在地球形成的初期，这个夹角是不存在，后来地磁在太阳磁场的作用下而缓慢发生偏移，可以预见这个夹角会继续增大，直到行星与太阳磁极方向反向。
2.4水星的进动与水内行星问题
19世纪中叶，已测得水星近日点的进动，这种现象在当时从理论上还无法解释。后来由于受到发现海王星的启发，法国天文学家勒威耶设想，在水星内侧还存在一个行星，这个未知行星对水星的摄动，引起了每世纪43″的近日点进动。这个假说曾为许多人所赞同。如果存在水内行星，它必然非常靠近太阳，从地球上看，它和太阳同起同落，所以平时无法观测到它，唯有在日全食时，才有希望发现。可是，多少次日全食的观测都未找到水内行星。
2.4.1水星的进动
二十世纪初，随着爱因斯坦广义相对论的创立，人们开始认识到，引力不仅与物体的质量因子有关，而且也与物体的自转快慢有关。即两个没有自转的物体之间的引力与它们自转起来之后的引力是不同的。这一效应会引起自转轴的进动，行星在运动过程中，它的自转轴会慢慢变化。从而解释了水星近日点进动问题，而且其观测值与理论值之间符合得较好。
系统相对论认为，行星的进动与太阳的生长有关。随着太阳的缓慢生长，太阳的自转速度也在缓慢减弱，质量越小和离太阳越近的行星，受此影响越大而进动越大。同时行星生长减弱了进动。
2.4.2水内行星的问题
有了广义相对论的解释，似乎可以说，不会存在像水星那样大小的水内行星了。可是，近年来，人们还是不愿放弃在日全食时寻觅未知行星的绝好机会。1970年3月7日在墨西哥和1973年6月30日在非洲发生日全食时，有些观测者曾发出了已观测到水内行星的通报，但没有得到证实。
从第四章可知，在水星和太阳之间的区域，靠近水星的一侧是水星的场域，靠近太阳的一侧是太阳的静止引力区，扣除掉在这两个区域后剩余的区域无疑是非常狭小的。在如此狭小的区域，不可能容纳下类似水星的行星。因此寻找水内行星的努力应不会有收获。
2.5小行星带与柯伊伯带
小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域，它是由提丢斯预测，意大利天文学家皮亚齐于1801年在这个区域率先发现第一颗小行星——谷神星。随后更多小行星不断被发现，截止1982年已高达100，000颗。现代的小行星巡天系统使用自动化设备，使发现的小行星数量持续增加。
关于小行星带的起源问题，现代天文学认为，小行星带由原始太阳星云中的一群星子（比行星微小的行星前身）形成。但是，因为木星的重力影响，阻碍了这些星子形成行星，造成许多星子相互碰撞，并形成许多残骸和碎片。
但根据万有引力定律，小行星带中的所谓星子，它们具有相近的轨道速度，故发生剧烈碰撞而形成碎片是不可能发生的。根据本章1.2节行星的形成原理，小行星带所处的轨道位置应形成过一颗类似火星大小的行星，这颗行星的形成过程虽然受到木星的影响，但不会影响到它的形成进程。因此，上述解释是值得商榷的。
系统相对论认为，由于外来天体的撞击，小行星轨道上的行星与外来天体碰撞碎裂成无数大小不等的各种碎块。这些碎块一部分留在该轨道上继续运行，一部分坠入太阳或在太阳系内的某椭圆轨道上运行，还有一部分在海王星的外侧形成柯伊伯带，少量的碎块飞出了太阳系。
关于柯伊伯带的成因，目前天文学界众说纷纭，在此不再一一叙述。系统相对论认为，小行星带和柯伊伯带存在共同的起源——行星与天体的撞击。幸运的是，当时那颗外来天体没有撞到我们的地球，否则人类赖以生存的家园——地球也就不存在了。
第三节天体的演化。
在前两节我们介绍了天体和星系的产生和形成两个阶段，本节主要介绍行星的熔壳原理、恒星的成壳原理、中子星的有核模型。
3.1行星的熔壳原理
如前两节所述，在天体形成之后，对于质量较小的天体（一般为小行星），从内到外均为固态，而不再进一步演化，称作死亡小天体；对质量很大的天体（一般为恒星），从内到外均为流体态，而不断继续演化，称作恒星的成壳过程；介于上述两者之间的天体（一般为较大的行星），它具有固态的表面和流体态的内核，而能够不断继续生长，称作行星的熔壳过程。
对于能够生长的行星，它具有一个最小的半径Rpg，小于这个半径的行星将无法生长，因此这个半径Rpg又称行星的生长半径。下面我们以地球为例，讨论行星的生长过程——行星的熔壳原理。
一直以来，人们普遍认为地球是由太阳系原始星云物质吸积而成，吸积物质（尤其大量星子的陨击）的引力势能转化为热能（吸积能）、以及放射性元素的衰变能（放射能）共同构成地球最初的地热能。据此推理，由于地震、火山喷发以及数不清的海底黑烟囱（又称海底热泉）等持续不断地释放着地热能，地热能应不断减少，地壳层应不断增厚，进而地震、火山喷发和大陆漂移等应不断减弱。然而，事实并非如此，相反地球活动似乎显示出增强的趋势。那么，地热能的产生机理到底是什么呢？
根据第七章原子核长毛原理，在质子或原子核的表面，涡管中的“爽子”在穿出表面的瞬间跃变为“cn粒子”，并吸附在原子核的表面，多个“cn粒子”叠加在一起如同原子核长出的“毛发”。这些“毛发”就是光子，因此每个原子都是一个“光子加工厂”。而光子的能量Eγ（即光子的体外涡通量Фγ，Eγ=Фγ），就是我们通常讲的“热能”Q（Q=∑Eγ），故每个原子都是一台微型的“能源工厂”，又称“原子工厂”。
但是在地表环境（即温度T和压强P条件）下，大多数原子（不包括放射性元素）都处于稳态，而几乎不辐射光子，也就是说，这时这些原子都处于“休眠”状态。但这些休眠状态的原子如果受到激发，它们就向外辐射光子。比如，白炽灯通电，钨丝中的钨原子受到电流中电子的激发，就持续不断地向外辐射光子。又如，荧光屏受到电子的激发而发出荧光；硬而脆的物体相互划擦，表面原子受到激发而迸发火花或发热。再如，核裂变反应堆中，链式反应产生的大量中子与铀核碰撞，导致铀核裂变，同时激发出巨量的光子，我们称之为核能。
在地表环境下，大多数原子和物体通常不具有自激发机制，但在地球内部存在着液态、等离子态等的流体，流体中粒子的剧烈涡运动能够在天体内建立自激发机制。
在地球内部，自激发机制导致地球内部大量光子的产生，其中极少数光子穿出地壳进入太空，其他绝大多数光子留在体内，随着光子浓度（即温度）不断增大，光子凝聚成中微子、电子、质子等各种稳态和不稳态的粒子，质子和电子又凝聚成各种原子核，原子核与电子又聚合成各种原子等等。这些粒子从地球中心向外呈层状分布，如图9-6所示。
图9-6地球物质分布示意图在地球内部，不断增加的各种光子、原子、分子等粒子，使地球内部压力（即空间密度）不断增大，最终导致地壳运动而发生地震、或从地壳缝隙薄弱处喷出形成火山喷发，从而将地内生成的能量（即各种光子）和各种矿物质释放出来。由此可见，我们通过放射性元素同位素测量的地球年龄46亿年，是指该放射性元素所处的地壳形成的粗略年龄，与地球的存在年龄无关。也就是说，地球的形成年龄较46亿年要长得多。
系统相对论认为，对生物化石研究形成的物种进化和分布资料，是地球生长原理的有力证据，即越早期的地球地表温度越低（不考虑太阳的影响）。随着地球的不断生长，地壳厚度会不断变薄，地表温度会不断上升，最终地壳层会完全融化，而向外发出红光。至此，行星的熔壳过程结束，行星演化为一颗恒星。
3.2恒星的成壳原理
恒星的来源有两个方向，一个是由原始星云涡直接形成，一个是由行星生长形成。由行星生长形成的恒星具有最小的半径Rs，它既是行星的最大半径边界又是恒星的最小半径边界。由原始星云涡直接形成的恒星，其半径一般都大于Rs（半径小于Rs的天体因为不发可见光，我们通常视为行星）。
3.2.1天文学上的恒星演化观
太阳是人类获得观测资料最多的恒星，然而是什么能源长久提供了太阳的辐射能呢？从19世纪开始，先后提出过化学能、引力势能转化的热能、放射元素蜕变能等假说，但都不足以解释长久维持问题。20世纪20年代，爱丁顿提出，在太阳中心区高温条件下会发生“氢燃烧”——氢聚变为氦的热核反应，产生巨大的能量。1937年魏茨泽克，尤其是1938年贝特开创性地提出氢聚变为氦的热核反应理论，才基本解决太阳、恒星的能源问题。
人们普遍用赫罗图将恒星的演化过程大体分为三个阶段：在主序阶段，恒星通过中心区的氢聚变为氦的热核反应提供能源，这个阶段约占恒星寿命的90%。在后主序阶段，氢燃烧向外蔓延，随着中心区的温度升高，氦燃烧为碳氧，对于大质量的恒星碳氧又进一步燃烧成更重的元素，主序之后的热核反应越来越剧烈。在晚期阶段，随着恒星内部热核反应的终止，恒星就走向死亡，小质量的恒星——“红矮星”—最终演化为“黑矮星”，中等质量的恒星经红巨星最终演化为“白矮星”；大质量的恒星最终演化为“中子星”；特大恒星（质量超过太阳的50倍）最终演化为“黑洞”。如图9-7所示。
图9-7天文学上的恒星演化方式3。2。2系统相对论的恒星演化观
系统相对论的恒星演化观与上述演化观的不同点表现在两个方面：一是恒星向外释放的能量及粒子的来源不同，二是不同质量恒星的演化归宿不同。下面以太阳为例来讨论恒星的成壳原理。
和地球一样，太阳也在不断生长，随着太阳的不断生长，太阳自激发区外侧的温度不断增高、压力不断增大，使该区域流体态原子的场域半径越来越小，最终原子核间通过直接相互作用连接在一起形成分子，更多的原子通过这种方式凝聚在一起，形成一个立体结构的超级分子，称作超分子体。关于超分子的更多讨论见第十一章4。5节。
根据我们对太阳黑子的观测资料，系统相对论认为，太阳黑子就是在太阳内部自激发区的外侧形成的超分子体。这些超分子体在液态物质环流的推动下到达太阳表面后，它们阻断下面的对流向上加热表面，这就是我们观察到的太阳黑子；由于这些超分子体中部较厚边沿较薄，而呈现为中央很黑的“本影”和外侧较暗的“半影”；当超分子体漂移到环流推力较弱的区域时，超分子体又沉入太阳体内，这时太阳黑子也就消失了，如图9-8所示。
图9-8太阳演化与太阳黑子示意图恒星演化到后期，更大、更多的超分子体频繁出现在恒星的表面，使恒星亮度减弱，这时超分子体进一步加速生成和增大，最终恒星表面被层层叠叠和大大小小的超分子体完全覆盖，向外辐射变得非常微弱。现代天文学认为，这时恒星已开始冷却（即恒星进入晚期）；系统相对论认为，这时恒星内部压力会不断增大，最终发生恒星大爆炸。天文学上将这个处于大爆炸中的恒星称作红巨星、蓝巨星或超新星。
随着恒星大爆炸，恒星表面由超分子体黏接成的壳层爆裂成大小不等的碎片，恒星内的物质弥散到周围空间中；随着恒星内部压力的释放，超分子碎片在引力的作用下，大部分重新聚合到恒星的表面，凝聚成一个更为致密的超分子壳层。红巨星收缩成一颗白矮星，蓝巨星或Ⅱ型超新星收缩成一颗中子星，Ⅰb型超新星收缩成一颗“黑洞”。至此，恒星的成壳过程结束，天体演化进入下一个阶段。
对于质量较小的恒星和行星演化成的恒星，随着它们的生长，存在生成能量与辐射能量相平衡的可能。一旦进入该状态，恒星将不再生长，而进入一种稳恒状态，成为一颗名副其实的恒星。直到从外界获得更多物质而再继续生长，或融入更大的天体之中而消失。
3.3中子星的有核模型
中子星的来源有两个方向，一个是由恒星大爆炸直接形成，一个是由白矮星生长形成。白矮星具有最小的生长半径Rwg，小于这个生长半径的白矮星，由于内部生成能量非常微弱而与辐射能量相平衡，导致白矮星停止生长，其归宿同上述小恒星。
3.3.1白矮星的成核原理
对于大于这个生长半径的白矮星，随着它的生长，一方面，超分子壳层不断增厚，内部温度压力不断上升；另一方面，随着内部温度压力的不断上升，自激发区内的原子核场域半径不断减小，更多的质子凝聚在原子核表面（其原理同超分子的形成原理），形成特大型原子核，简称大核。由于大核密度极大，而不断向白矮星的核心下沉，同时下沉中的大核又不断凝聚，最终在白矮星的核心形成一个巨型原子核，简称巨核。这时，白矮星演化为一颗中子星，如图9-9所示。
3.3.2恒星演化为中子星的原理
如3.2.1节所述，大质量的恒星大爆炸呈现为一颗蓝巨星。恒星大爆炸后随着内部压力的不断释放，超分子壳层的碎片在引力的作用下又重新开始聚集，并不断加速聚集。由于超分子壳层碎片的巨大惯性作用，在它们聚集凝聚成更厚的壳层过程中，一方面，内部压力急剧增大，内部产生大核并很快形成位于核心的巨核。
另一方面，超分子壳层碎片在聚集过程中，相互碰撞而形成更多碎片，在残核（爆炸遗留物）越来越大的压力作用下这些碎片最终停止时，由于这些碎片尚未凝聚成一个完整的壳体，于是发生了二次大爆炸，即天文学上观测到的Ⅱ型超新星。通过二次大爆炸释放一部分残留物后，超分子壳层再次聚集，并最终凝聚成一个完整的壳层。这时，一颗中子星诞生了。
3.3.3中子星的结构与脉冲辐射
中子星的结构呈层状分布：外层是由超分子构成的坚硬致密的外壳；中层是由光子、电子（中微子）、质子、原子核等粒子构成的、从内到外大体呈层状分布的等离子体；核心是一个巨核。巨核的构成同普通原子核一样，主要由质子组成，表面附着若干电子和中微子。巨核呈梭状结构，两端称作两极，两极中心的连线称作巨核的轴线。
巨核较普通原子核要庞大得多，因此巨核存在一个沿轴线方向的伸缩振动，称作巨核的谐振。巨核谐振的频率与其自身大小有关，体积越大内部压力越大、相邻“cn粒子”间隙越小（参见图2-5b）而相互作用越强、巨核谐振频率越高。根据原子核长毛原理可知，巨核的表面能够生长出光子，由于巨核的高频振动和外界粒子的扰动，巨核表面长出的光子不断震落而融入光子气中。
随着中子星的缓慢生长，位于中心的巨核也在同步生长。一方面巨核场的场强不断增强；另一方面巨核场强的衰减步长不断增大。这样一来，巨核周围近距离的各种粒子和光子，先后位于它们的静止引力区而不断坠落巨核表面，进而形成巨核的一部分。于是在巨核周围出现一个光子真空区（即光子静止引力区），并不断扩大，如图9-9d所示。
图9-9从白矮星到黑洞的演化过程示意图在光子静止引力区，震落的光子被吸附在巨核的表面而成为巨核的一部分。当光子静止引力区超出巨核两极时，由于两极场强最强且振幅最大，大量震落的光子附着在两极，导致两极快速生长；直到两极延伸出光子静止引力区，两极震落的光子才又融入光子气中而不再生长。
由于探出光子静止引力区的两极源源不断地向外辐射光子，故称之为发射极。进入太空的发射极辐射出的光子，称之为中子星射线。由于中子星的自转，发射到地球的中子星射线会周期出现（每自转一周我们观测到两次），因此天文学上又称之为脉冲星。
由于中子星两极区域温度较高，两极对应的超分子壳层首先开始融化。随着两极壳层的融化、变薄，中子星辐射到太空的光子频率也相应增大。由此可知，对同等大小的脉冲星，射电频率越低应越年轻；随着中子星的生长，射电频率会逐渐增大，同时自转逐渐变慢。
第四节黑洞模型与银河系的形成。
4.1黑洞的形成原理
黑洞的来源有两个方向，一个是由恒星大爆炸直接形成，一个是由中子星生长形成。下面分别讨论。
4.1.1中子星的熔壳原理
如3.3.3所述，随着中子星中心巨核的不断生长，中层等离子态的质子、原子核最终都坠落巨核表面而形成巨核的一部分。随着中层温度的不断升高，由于两极附近温度相对较高，两极对应的超分子壳层首先开始溶化、气化。这些气化的原子，在巨核的强大电磁作用下，不断向巨核旋进、分解，最终融入巨核。如图9-9e所示，超分子壳层的溶化、气化过程，从两极逐渐向中部延伸，最终整个超分子壳体全部消失、融入巨核。于是，中子星演化为一个带有两个发射极的、没有外壳的超巨型原子核，简称超核。这时，一个“裸核”诞生了，这个“裸核”就是天文学上所说的黑洞。
4.1.2恒星演化为黑洞的原理
如3.2.1节所述，特大质量的恒星大爆炸呈现为一颗W-R星。与3.3.2节蓝巨星的演化过程一样，W-R星也在其中心形成一个核体。但由于W-R星所含的物质量更多，所形成的核体是比巨核更大的超核。
同恒星演化为中子星的过程一样，特大质量恒星大爆炸后也存在第二次大爆炸，即天文学上观测到的Ⅰb型超新星。与前者不同的是，后者二次大爆炸的威力更大，大部分超分子壳层碎片挣脱了超核的引力进入深空，只有少量的碎片在超核引力作用下踏上返回的旅程；由于超核具有超强的场强，随着这些少量的碎片向超核靠近而开始分解，最终分解为质子、电子等粒子坠落到超核表面，并形成超核的一部分。这时，一颗“裸核”的黑洞诞生了。
4.2银河系的形成原理
从3.3.3节可知，从黑洞的两个发射极会不断喷射出各种光子。这些光子在向外加速运动的过程中，不断凝聚成电子（包括中微子）、质子等粒子，进而形成两束强大的粒子流，天文学上称之为双极喷流。图9-10银河系
我们现在所观测到的银河系的巨大旋臂，就是由黑洞从两极射出的两束强大粒子流所形成的。随着粒子流远离黑洞，它们逐渐发散开来（甚至出现分流），进而形成原始星云；原始星云进入黑洞的外场（即引力场）后，根据1。2节太阳系的形成原理可知，这些原始星云逐渐形成包括太阳在内的恒星、包括地球在内的行星等各种天体。如图9-10所示。
从太阳位于靠近银河系人马臂末端可知，太阳由早期的黑洞喷流所形成。同等星云条件下，越靠近旋臂的前端恒星形成的越晚；星云密度越大，形成的恒星质量越大、形成的速度也越快。总体上看，位于旋臂截面边缘的太阳，它的质量小于相应旋臂中心位置的恒星质量；在太阳所处旋臂位置之前的类太阳恒星，形成的时间较太阳要晚一些。
根据太阳所在位置之前的人马臂的长度，或太阳所在位置旋臂到黑洞的距离，可以估算出太阳的大约年龄。同理根据旋臂的长度，或银盘的半径，可以估算出银河系的大约年龄或银河系中心黑洞形成的大约时间。当然要做到这一点，我们还要了解黑洞的相关参数，比如黑洞的体积、转速等。
4.3黑洞大爆炸
在黑洞形成之后，它就踏上了漫长的演化历程，并逐步孕育出一个以它为中心的一个巨大星系，最终在其物质量超过临界点的瞬间发生黑洞大爆炸而终结。
黑洞是一个“裸核”，它没有自激发区，它生长所需原料主要来源于其表面长出的光子和从外界吸收的光子等粒子（包括天体）。随着黑洞的缓慢生长，构成黑洞的“cn粒子”的间隙逐渐减小；由于超核中心的压力较表面更大，因此超核中心的“cn粒子”间隙更小一些；当超核中心“cn粒子”间隙为零时，如第一章第四节所述，“cn粒子”场遭到破坏，“cn粒子”反跃变为“爽子”，体积急剧膨胀，引发黑洞大爆炸。
黑洞大爆炸时所具有的物质量，是黑洞的物质量上限。黑洞质量的下限由中子星熔壳原理提供。显然，一些人试图在实验室制造黑洞的努力是不会有结果的。类黑洞粒子是存在的，那就是质子和原子核，它们具有黑洞的一些性质，如表面场强非常大、能够生成光子、能够构建类似银河系的原子系统等等。
黑洞大爆炸引起如下几个后果：
1）黑洞随着大爆炸而消失，黑洞孕育的星系王国也随之瓦解。原来围绕黑洞运行的所有天体，要么随黑洞大爆炸湮灭为空间，要么成为太空中的自由天体而各奔东西。
2）黑洞大爆炸的冲击波会使星系中较远的一些天体聚集而融合，而加速了新的黑洞的产生过程。一个黑洞消失了，新的黑洞又即将登场，这显示出了宇宙的永恒性。同时，从黑洞释放出的空间又为即将登场的新黑洞提供了演化的广阔舞台。
3）黑洞大爆炸标志着它将空间转化为物体过程的终结，同时随着大爆炸，构成黑洞的基本单元——由“爽子”转化而来的“cn粒子”——又转化回了“爽子”，从而实现了物质的大循环。
4.4对黑洞性质的考查
1965年以来，在爱因斯坦相对论天体物理学基础上，黑洞研究取得一些重要结果，从而了解到黑洞的一些奇特性质。
4.4.1黑洞的光圈
在距离黑洞半径为1。5Rg的星面上，沿星面水平方向，光子将绕黑洞转动，形成一个由光子构成的球状壳层——“光层”。于是，外界观测者可能会看到在1。5Rg处有一光圈。显然，只有光子构成的光层我们是看不到的，因为这些光子在围绕黑洞转而不能到达我们地球。
如图9-10所示，黑洞的光子静止引力区半径就是天文学上所谓的史瓦西半径Rg，这个半径对应的球面又称视界。在这个半径之外，存在围绕黑洞运行的光子、电子、质子等粒子，以及在更大半径上运动的极性天体。它们共同构成了光圈。正是这些无数微粒和天体的反光让我们看到了光圈。
4.4.2无毛发定理
每颗恒星都有质量、光度、大小、密度、磁场、化学组成等复杂的特性，但黑洞则是一个最简单的一个统一的整体。因为任何物质一旦进入黑洞的视界将永远消失，且没有任何信息从视界内传递出来。黑洞仅通过它的质量、角动量和电荷对外界产生影响。常通俗地将黑洞这种单纯性称之为“黑洞无毛发定理”。对此，系统相对论有不同的观点。
首先，黑洞具有和普通天体几乎一样多的参数，只是就复杂性而言它相对要简单。如黑洞的大小与质量（能量）密切相关，密度比质子还要高且非常均匀，组成的基本单元为“cn粒子”（或质子）等等。
黑洞的双极喷流就是黑洞传出的信息，通过这个信息我们可以推出黑洞的质量、大小等。可见，“黑洞无毛发定理”的称谓并不恰当。
4.4.3面积不减定理
黑洞视界的面积视为它的表面积。霍金证明了“黑洞面积不减定理”，即任何黑洞的表面积不可能随时间减小。两个黑洞可以碰撞而结合成一个黑洞，合成的黑洞表面积一定不小于原先两个黑洞表面积的和；但一个黑洞不能分裂成两个黑洞，因为这会导致黑洞表面积随时间减小。
从4.3节可知，黑洞是缓慢生长的，它的表面积是不断增大的。根据静止轨道半径公式，两个相同大小的黑洞合二为一后，视界半径增大至21/2倍，因此合成黑洞的表面积正好是原来两个黑洞表面积之和。黑洞显然是无法分裂的，一旦分裂也就意味着黑洞大爆炸。
4.4.4黑洞蒸发
根据量子场论，真空并不是绝对的空虚，而在不断地产生着正-反粒子对（一个具有正能量，另一个具有负能量），并且又很快湮灭。对黑洞而言，这个过程总的效果是，一部分正能量粒子被发射出去，而掉进黑洞的多为负能量粒子，导致黑洞质量减小。这就是黑洞蒸发。
显然，黑洞蒸发与黑洞面积不减定理不相协调。从第一章第四节可知，反物质是不存在的，因此黑洞蒸发不会发生。
4.4.5黑洞的熵
现代研究表明，黑洞不仅有温度，它的行为方式似乎还表明它具有称作熵的量。熵是黑洞内部状态（其内部结构的方式）的数目的度量，这是具有给定的质量、旋转和电荷的黑洞允许的所有内部状态。黑洞的熵可由史蒂芬·；霍金于1974年发现的公式给出。它等于黑洞视界的面积：视界面积的每一基本单位都存在关于黑洞内部状态的一比特的信息。
根据黑洞的超核模型可知，黑洞虽然由庞大数量的“cn粒子”构成，但它们都是规则有序的排列（参见质子模型）。黑洞是一个极大的单粒子体，因此黑洞无熵可言。
4.4.6高能喷流
近40年来，天文学上常用黑洞来解释其他天体难以说明的一些宇宙高能现象。从观测上说，迄今还没有可以确凿证明存在黑洞的直接证据。
实际上，超核是宇宙中最大、最强的双极喷流源。在天鹅座的SS433中，有一个射电、红外、X射线和伽马射线的高能双极喷流源，它处于气体球壳W50的中心。据此系统相对论推测，这个高能双极喷流源是一个刚形成不久的超核（黑洞）。
超核具有极高的物质量，它的自转极为缓慢，一旦朝向地球方向，我们可以在较长时间内连续观测，由此我们就可以初步确定一个黑洞；两次连续观测的时间间隔的两倍就是黑洞的自转周期。根据它的自转周期和发射的粒子，就可以基本确定这个黑洞的有关参数。
第五节宇宙模型。
5.1历史上的宇宙观
5.1.1有中心宇宙
我国古老的盖天说主张“天圆地方”，最朴素地概括了人类对天地的直觉；后来到东汉时期（以张衡为代表）提出浑天说，以浑天的圆球代替盖天的半球，使得“地为中心”的思想更加完善。在西方，从亚里士多德—托勒密的地心系到哥白尼的日心系，都认为宇宙是有中心的，它既迎合了宗教的需要，也符合集权王朝的愿望。
5.1.2无限宇宙
亚里士多德想象宇宙的最外层为恒星天，它与大地的距离是日地距离的8倍。哥白尼则回避了宇宙的有限无限问题，它在《天体运行论》中写道：“让我们把宇宙有限还是无限的问题，留给自然哲学家们去讨论吧。”
关于无限宇宙的思想，在我国可以上溯到战国时期的《庄子》。虽然张衡持浑天说，但他仍然认为：“宇之表无极，宙之端无穷。”在西方应首推意大利思想家布鲁诺，他激烈地主张宇宙是无限的，甚至认为宇宙中还有无数个与太阳类似的天体，其他星球上也可能有人类居住，这些大胆而又远超时代的宇宙思想，使得他受到教会势力的迫害。
牛顿也认为宇宙是无限无界的。由于牛顿及其继承者假定整个宇宙是“静止”系统，即不存在大尺度的变化，从而引发诘难，其中以奥伯斯佯谬最为有名。
5.1.3奥伯斯佯谬
1826年，德国天文学家奥伯斯提出：如果无穷多的恒星都均匀静止地分布在整个空间里，则夜晚的天空不应该是黑暗的。这显然违背事实，合理的推断是，其前提存在问题。为了解决这个佯谬，人们先后提出了一些假说；现在一般认为，宇宙既不是静止的、也不是无限的。
5.1.4等级式宇宙
德国科学家朗伯于1761年提出无限阶梯式的宇宙模型：每一恒星系为第1级，星团为第2级，类似银河系的星团系为第3级，依此类推，天体逐级成团分布。到了20世纪，这个学说又被一些天文学家重新提出，虽然能克服奥伯斯佯谬等困难，在天文学界仍然影响不大。
5.2相对论宇宙学
5.2.1爱因斯坦模型
广义相对论建成后，爱因斯坦即用来考查整个宇宙（1917）；为了能够保持宇宙的稳定性，爱因斯坦在引力场方程中引入了一个宇宙学项，如果没有这个附加项，原有的方程得不出宇宙的静态解。没过多久，更多的天文观察表明，宇宙其实不能看作是静态的；为此，爱因斯坦非常后悔自己“画蛇添足”地引用了宇宙学项，认为这是他一生中的最大错误。爱因斯坦的宇宙模型是有限无界的，如同一个闭合的二维曲面。
5.2.2德西特模型
继爱因斯坦之后，1917年荷兰天文学家德西特提出了另一个宇宙模型。在这个模型里，宇宙仍然封闭，空间结构也不随时间变化，宇宙学项在这里作为斥力存在，宇宙物质在大尺度范围内不再静止，而物质的平均密度却接近于零。简言之，爱因斯坦模型有物质无运动，德西特模型有运动无物质。
5.2.3弗里德曼模型
1922年，苏联数学家用不带宇宙学项的引力场方程求得宇宙的动态解，而且在任一时刻，宇宙都是到处均匀、各向同性的。1927年，比利时天文学家勒梅特进一步研究了弗里德曼解，得出宇宙空间随时间而膨胀的结论。
另一方面，20世纪初已发现漩涡星云的光谱有红移表现，后来发现有更多的星系有此特点，当时已将这种现象归结为星系在视线方向的退行而引起的多普勒效应。到了20年代，由于爱丁顿的鼓吹，天文学界才开始将星系退行联系于宇宙模型，并得出膨胀宇宙的结论。美国天文学家哈勃1929年提出的哈勃定律，有力地支持了膨胀宇宙论。
弗里德曼模型可以有3种不同类型的解，它们对应于整个宇宙物质的平均密度ρ与某个临界密度ρc（≡3H2/8πG）的三种关系：当ρ＞ρc时，空间曲率K＞0，得到一个先胀后缩的封闭式宇宙；当ρ＜ρc时，空间曲率K＜0，得到一个永远膨胀的开放式宇宙；当ρ=ρc时，空间曲率K=0，得到一个临界膨胀的开放式宇宙。
令人遗憾的是，不仅平均密度ρ难以确定，而且临界密度ρc与哈勃常数H有关，又是不那么准确。现在膨胀着的宇宙，其前景如何，尚不得而知。
5.2.4稳恒态宇宙模型
弗里德曼模型有宇宙创生的奇点存在，即要求宇宙的原始物质开始时聚集在一点。根据哈勃定律，考虑到星系退行速度的极限值为真空光速c，并取哈勃常数H=50千米/秒·；兆秒差距，则可以估算出：“宇宙半径”约为c/H≈200亿光年、“宇宙年龄”约为1/H≈200亿年。
为了避免奇点的出现，1948年英国天文学家邦迪等人提出稳恒态宇宙模型，既要说明宇宙在时间上、空间上的大体均匀性，又要照顾到星系之间的彼此远离，他们主张星际虚空能缓慢而又不断地产生物质，从而维持宇宙的稳恒状态。由于与一些新的天文观测结果不一致，稳恒态学说仅盛行一阵。
5.2.5大爆炸模型
宇宙自奇点大爆炸的物理图像是由伽莫夫提出的。1948年他宣称，宇宙的演化是从热到冷、从密到疏的过程，早期的温度可高达1032K，而爆炸辐射应有遗迹可寻，由于膨胀冷却，现在的辐射背景只有热力学温度几度。1965年，美国贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔孙无意中发现了宇宙背景辐射，其辐射温度约为2。7K，这给大爆炸模型提供了强有力的支持。
大爆炸理论已成为现代最有影响的宇宙学说，它还能很好说明恒星年龄的上限以及现有氦丰度的偏高。至于宇宙开始的奇点问题，后来霍金认为，如果考虑到量子效应，奇点还是可以消除的。尽管大爆炸模型已成为公认的“标准宇宙模型”，仍然面临不少新、老疑难问题的挑战。
5.3系统相对论的稳恒宇宙模型
图9-11稳恒宇宙示意图系统相对论认为，我们的宇宙是一个巨大的、极为复杂的系统，可看作是一个单体，即宇宙体。同物体的三层场结构一样，宇宙也具有三层的结构，如图9-11所示。
我们宇宙的内核是无数星系和星系团构成的宇宙体，这就是我们看到的五彩缤纷的有形世界，它是一个球体；宇宙的中层是充满了各种光子和微观粒子（不包括原子）的原子真空，它是宇宙体的临界场；宇宙的外层是“cn粒子”（即最小的光子），也无法到达的光子真空，即宇宙体的外场，它是相对物体的“虚无”状态，但充满了“爽子”。
根据天体的凸透镜效应原理，宇宙体向外发出的光子，在宇宙体的临界场发生全反射而折回宇宙体内（如图9-11所示），这些从宇宙体的临界场反射回来的光子就是所谓的宇宙背景辐射。宇宙背景辐射最初是具有各向同性特征的，但由于能量越高的光子经过天体附近时凸透镜效应越明显，这些高能光子返回宇宙体后不再具有各向同性的特征。
与高能光子不同，那些极低能量的光子经过天体附近时凸透镜效应非常微弱，这类光子返回宇宙体后几乎继续沿直线运动而保留了几乎各向同性的特征。这就是我们观测到的宇宙背景辐射，它是全部宇宙背景辐射中能量极低光子的那一部分，当然它具有各向同性和温度极低的特征。显然，我们观测到宇宙背景辐射与所谓的宇宙大爆炸没有任何关联。
另外，从物质的量子性也可导出宇宙“奇点”是不存在的。总之，所谓的宇宙大爆炸是不存在的，但在宇宙星罗棋布的星系或星系团中，存在此起彼伏的黑洞大爆炸。因此，被大多数科学家所接受的“宇宙标准模型”值得商榷。