目錄
叢書(shū)序
前言
第1章 現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生與觀測(cè)基礎(chǔ) 1
1.1 從遠(yuǎn)古人類(lèi)的宇宙觀到現(xiàn)代宇宙學(xué) 1
1.2 現(xiàn)代宇宙學(xué)的觀測(cè)基礎(chǔ) 7
1.2.1 星系的大尺度空間分布 7
1.2.2 星系距離與紅移的關(guān)系 9
1.2.3 宇宙微波背景輻射 13
1.2.4 宇宙中的元素豐度 17
1.2.5 宇宙的年齡 19
1.2.6 宇宙中的物質(zhì)組成 24
1.2.7 兩個(gè)重要的數(shù)量比——重子/光子與反物質(zhì)/物質(zhì) 28
第2章 標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型 31
2.1 宇宙學(xué)原理與 Robertson-Walker度規(guī) 31
2.2 Friedmann方程 34
2.2.1 基本形式的Friedmann方程 35
2.2.2 包括真空能量的Friedmann方程.37
2.3 宇宙學(xué)紅移與視界 42
2.4 宇宙的年齡 45
2.5 宇宙學(xué)距離 48
習(xí)題 51
第3章 熱大爆炸宇宙簡(jiǎn)史 53
3.1 從輻射為主到物質(zhì)為主.53
3.2 宇宙的創(chuàng)生——普朗克時(shí)期（T～1032K，kT～EPl 1019GeV，t～10.43s） 57
3.3 宇宙暴脹（T～1026K，kT～1015GeV，t～10.33s） 59
3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的兩大疑難 59
3.3.2 宇宙暴脹機(jī)制簡(jiǎn)介 62
3.4 強(qiáng)子時(shí)期 （T≈1013～1012K）和輕子時(shí)期（T≈1012～1010K） 68
3.5 輕元素核合成（T≈109K） 70
3.6 復(fù)合時(shí)期（T≈4000～3000K） 74
3.6.1 復(fù)合過(guò)程電離率的演化 76
3.6.2 最后散射面與最后散射層 79
3.6.3 輻射與重子物質(zhì)之間的熱平衡 81
3.7 星系形成（T 100K） 83
3.8 關(guān)于宇宙暗能量的一個(gè)討論 84
習(xí)題 86
第4章 小擾動(dòng)的線性演化理論 88
4.1 牛頓宇宙學(xué)方法 89
4.1.1 冷物質(zhì)宇宙 89
4.1.2 輻射為主的宇宙 94
4.1.3 一般形式的物態(tài)方程 95
4.1.4 物質(zhì)與輻射混合流體中的Jeans質(zhì)量與視界質(zhì)量 97
4.2 廣義相對(duì)論的宇宙學(xué)小擾動(dòng)與規(guī)范變換 100
4.3 規(guī)范的選擇與規(guī)范不變量 109
4.4 宇宙學(xué)小擾動(dòng)的基本方程 113
4.4.1 愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程 114
4.4.2 能量–動(dòng)量守恒方程 120
4.4.3 時(shí)間變量由t到共形時(shí)η的轉(zhuǎn)換 123
4.5 相空間與Boltzmann方程 124
4.6 宇宙各主要組分的擾動(dòng)演化方程 132
4.6.1 冷暗物質(zhì) 133
4.6.2 光子（輻射） 136
4.6.3 重子物質(zhì) 140
4.6.4 有質(zhì)量中微子 141
4.6.5 擾動(dòng)的平面波展開(kāi) 143
4.7 密度擾動(dòng)的線性增長(zhǎng)147
4.7.1 冷暗物質(zhì)宇宙 147
4.7.2 具有一般形式物態(tài)方程的宇宙 149
4.7.3 多組分宇宙 150
4.8 線性轉(zhuǎn)移函數(shù) 156
4.9 密度擾動(dòng)功率譜 165
4.10 原初擾動(dòng)的產(chǎn)生和原初功率譜 169
4.11 張量擾動(dòng)與引力波 171
習(xí)題 175
第5章 宇宙微波背景輻射的各向異性 176
5.1 CMB 溫度漲落的統(tǒng)計(jì)描述 176
5.2 大角尺度上的各向異性：Sachs-Wolfe效應(yīng) 182
5.3 中等角尺度上的各向異性：多普勒峰與聲峰 185
5.4 小角尺度上的各向異性 188
5.5 視線方向隨時(shí)間變化的引力勢(shì)的影響 188
5.6 Sunyaev-Zel’dovich效應(yīng) 188
5.7 星系際介質(zhì)再電離對(duì) CMB 溫度漲落的影響 190
5.8 CMB的偏振 191
5.8.1 CMB偏振的產(chǎn)生與描述 191
5.8.2 Thomson散射所產(chǎn)生的光子極化 196
5.8.3 包括光子極化的Boltzmann方程 201
5.8.4 CMB 偏振的測(cè)量 213
5.8.5 引力波與CMB偏振 216
習(xí)題 218
第6章 擾動(dòng)的非線性演化 220
6.1 球?qū)ΨQ(chēng)坍縮模型 221
6.2 Press-Schechter質(zhì)量函數(shù) 226
6.3 Zel’dovich近似：“薄餅”模型 236
6.4 宇宙密度擾動(dòng)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)分析 239
6.4.1 Gauss隨機(jī)場(chǎng)及其統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 239
6.4.2 擾動(dòng)峰的數(shù)密度 244
6.4.3 緩變背景場(chǎng)中峰的數(shù)密度的變化 252
6.4.4 密度峰及星系的相關(guān)函數(shù) 254
6.4.5 星系形成的偏置與偏置參數(shù) 257
6.4.6 密度峰的輪廓和密度分布 259
6.4.7 低維密度場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 261
6.5 星系的本動(dòng)速度與紅移空間的畸變 265
6.5.1 星系的本動(dòng)速度 265
6.5.2 星系本動(dòng)速度引起的紅移空間畸變 269
6.6 N體數(shù)值模擬與數(shù)值流體動(dòng)力學(xué)方法簡(jiǎn)介 271
習(xí)題 275
第7章 高紅移宇宙 276
7.1 宇宙第一代天體的形成 276
7.1.1 暗物質(zhì)暈的位力平衡 276
7.1.2 暗暈中重子氣體的冷卻和坍縮 280
7.1.3 暗暈中恒星的形成 287
7.1.4 星族III和早期黑洞 291
7.1.5 星系的化學(xué)演化 293
7.1.6 星系的并合 297
7.1.7 星系形成中的downsizing問(wèn)題 299
7.2 高紅移天體與星系際介質(zhì) 301
7.2.1 類(lèi)星體 301
7.2.2 Gunn-Peterson檢驗(yàn) 303
7.2.3 宇宙再電離的歷史 307
7.2.4 第一代天體的反饋?zhàn)饔?311
習(xí)題 313
第8章 引力透鏡 314
8.1 引力透鏡的幾何原理315
8.2 引力透鏡的觀測(cè) 324
習(xí)題 332
推薦參考書(shū)目 333
參考文獻(xiàn) 335
部分習(xí)題解答 339