宇宙学

Description

本书介绍了当代宇宙学研究的模型及相关公式，内容详尽，论述严谨。全书分为两部分，每一部分均可作为一个学期研究生课程的教材。第一部分讲述了宇宙学的各向同性和均匀性，第二部分则介绍了对各向同性和均匀性的偏离。本书尽可能地推导了各宇宙学现象的详细解析解，而不是仅仅转述他人数值计算的结果。本书内容包括了宇宙学的最新进展，对复合、微波背景辐射的极化、轻子合成、引力透镜、结构形成、多场暴涨等专题做了详尽的讲解，还引证了大量当前的研究工作。附录部分简要介绍了广义相对论并详细推导了宇宙学演化中用于描述光子和中微子的相对论性Boltzmann方程，书末附有习题集。 本书可作为理论物理、天体物理高年级本科生或研究生教材，也可供从事宇宙学、天体物理和理论物理研究的科研工作者阅读。 序言 i 标记法 v 第1章 宇宙的膨胀 1 1.1 时空几何 2 1.2 宇宙学红移 7 1.3 小红移时的距离：Hubble常数 10 1.4 光度距离与角直径距离 20 1.5 膨胀的动力学 23 1.6 大红移时的距离 31 1.7 宇宙膨胀还是光子疲劳？ 39 1.8 年龄 40 1.9 质量 45 1.10 星系际吸收 51 1.11 计数 57 1.12 精质 61 1.13 视界 68 参考文献及注释 70 第2章 宇宙微波辐射背景 80 2.1 微波背景的预期与发现 80 2.2 平衡时期 85 2.3 复合与最后散射 88 2.4 偶极各向异性 99 2.5 Sunyaev-Zel'dovich效应 101 2.6 微波背景的原初涨落：概观 104 参考文献及注释 112 第3章 早期宇宙 117 3.1 热历史 117 3.2 宇宙学核合成 125 3.3 重子生成与轻子生成 134 3.4 冷暗物质 142 参考文献及注释 152 第4章 暴胀 158 4.1 三个疑难 159 4.2 慢滚暴胀 163 4.3 混沌暴胀，永恒暴胀 168 参考文献及注释 170 第5章 小涨落的普遍理论 172 5.1 场方程 172 5.2 Fourier分解和随机初始条件 179 5.3 选择规范 184 5.4 视界外的守恒 192 参考文献及注释 199 第6章 宇宙学涨落的演化 202 6.1 标量扰动动理学理论 203 6.2 标量扰动——流体动力学极限 215 6.3 标量扰动——长波情况 221 6.4 标量扰动——短波情况 227 6.5 标量扰动——内插及转移函数 237 6.6 张量扰动 244 参考文献及注释 256 第7章 微波天空的各向异性 260 7.1 温度涨落的普遍公式 260 7.2 温度多极系数：标量模式 271 7.3 温度多极系数：张量模式 284 7.4 偏振 290 参考文献及注释 313 第8章 结构生长 318 8.1 复合之后的线性扰动 318 8.2 非线性增长 331 8.3 重子物质的坍缩 335 参考文献及注释 338 第9章 引力透镜 341 9.1 质点的透镜方程 341 9.2 放大：强透镜与微透镜 343 9.3 延展透镜 348 9.4 时间延迟 351 9.5 弱透镜 355 9.6 宇宙弦 366 参考文献及注释 367 第10章 暴胀作为宇宙学涨落的起源 370 10.1 暴胀期间的标量涨落 370 10.2 暴胀期间的张量涨落 382 10.3 暴胀期间的涨落：慢滚相近似 384 10.4 多重场暴胀 391 参考文献及注释 398 附录A 一些有用的常数（量） 401 附录B 广义相对论回顾 403 附录C 辐射与电子之间的能量转移 416 附录D 各态遍历定理 420 附录E Gauss分布 422 附录F Newton宇宙学 423 附录G 光子极化 425 附录H 相对论性Boltzmann方程 428 符号列表 436 习题 441 作者索引 444 主题索引 458