宇宙學的物理基礎

目錄
**部分均勻各向同性的宇宙
第1章膨脹宇宙的運動學和動力學3
1.1哈勃定律4
1.2牛頓宇宙學中的塵埃的動力學8
1.2.1連續(xù)性方程8
1.2.2加速方程9
1.2.3牛頓解9
1.3從牛頓到相對論的宇宙學12
1.3.1均勻及各向同性空間的幾何12
1.3.2愛因斯坦方程和宇宙演化17
1.3.3弗里德曼方程20
1.3.4共形時間和相對論性的解22
1.3.5米爾恩宇宙25
1.3.6德西特宇宙27
第2章光的傳播和視界34
2.1光的測地線34
2.2視界35
2.3共形圖38
2.4紅移50
2.4.1用紅移來測量時間和距離52
2.5運動學檢驗55
2.5.1角直徑-紅移關系55
2.5.2光度-紅移關系58
2.5.3計數(shù)61
2.5.4紅移演化61
第3章熱宇宙63
3.1宇宙的組分63
3.2熱簡史65
3.3熱力學基本原理68
3.3.1*大熵狀態(tài)，熱譜，守恒律，化學勢69
3.3.2能量密度，壓強，物態(tài)方程73
3.3.3計算積分75
3.3.4極端相對論性粒子79
3.3.5非相對論性粒子81
3.4輕子時期83
3.4.1化學勢86
3.4.2中微子退耦和電子-正電子湮滅88
3.5核合成91
3.5.1中子的凍結(jié)92
3.5.2“氘瓶頸”97
3.5.3氦-4101
3.5.4氘.103
3.5.5其他輕元素108
3.6復合111
3.6.1氦復合112
3.6.2氫復合:平衡態(tài)處理114
3.6.3氫復合:動理學方法115
第4章極早期宇宙.122
4.1基礎123
4.1.1局域規(guī)范不變性123
4.1.2非阿貝爾規(guī)范理論125
4.2量子色動力學和夸克-膠子等離子體128
4.2.1跑動的耦合常數(shù)和漸近自由131
4.2.2宇宙學夸克-膠子相變136
4.3電弱理論139
4.3.1費米子部分140
4.3.2U(1)對稱性的“自發(fā)破缺”142
4.3.3規(guī)范玻色子143
4.3.4費米子相互作用147
4.3.5費米子質(zhì)量149
4.3.6CP破壞151
4.4“對稱性恢復”和相變153
4.4.1有效勢154
4.4.2U(1)模型158
4.4.3高溫時的對稱性恢復161
4.4.4相變163
4.4.5電弱相變165
4.5瞬子，鞍點子，以及早期宇宙169
4.5.1勢阱中粒子的逃離169
4.5.2亞穩(wěn)真空的衰變173
4.5.3規(guī)范理論的真空結(jié)構(gòu)179
4.5.4手征反常和費米子數(shù)的不守恒184
4.6超出標準模型186
4.6.1暗物質(zhì)候選者191
4.6.2重子生成196
4.6.3拓撲缺陷201
第5章暴脹一:各向同性極限210
5.1初條件疑難210
5.2暴脹:主要思想213
5.3引力何以成為“排斥性的”?217
5.4如何實現(xiàn)p≈.ε的物態(tài)方程218
5.4.1簡單例子:V=12m2'2 219
5.4.2一般勢:慢滾近似224
5.5預熱和重加熱226
5.5.1基本理論227
5.5.2窄共振228
5.5.3寬共振232
5.5.4物理含義238
5.6暴脹方案的“菜單”239
第二部分不均勻的宇宙
第6章牛頓理論中的引力不穩(wěn)定性249
6.1基本方程249
6.2金斯理論251
6.2.1絕熱擾動252
6.2.2矢量擾動254
6.2.3熵擾動254
6.3膨脹宇宙中的不穩(wěn)定性255
6.3.1絕熱擾動256
6.3.2速度擾動258
6.3.3自相似解259
6.3.4存在輻射或暗能量時的冷物質(zhì)259
6.4超越線性近似262
6.4.1托爾曼解265
6.4.2澤爾多維奇解268
6.4.3宇宙網(wǎng)270
第7章廣義相對論中的引力不穩(wěn)定性273
7.1擾動和規(guī)范不變量274
7.1.1擾動的分類274
7.1.2規(guī)范變換和規(guī)范不變量275
7.1.3坐標系279
7.2宇宙學擾動的方程281
7.3流體力學擾動284
7.3.1標量擾動284
7.3.2矢量和張量擾動294
7.4重子-輻射等離子體和冷暗物質(zhì)296
7.4.1方程297
7.4.2擾動的演化和轉(zhuǎn)移函數(shù)300
第8章暴脹二:原初不均勻性的起源308
8.1描述擾動308
8.2暴脹的擾動(慢滾近似)311
8.2.1哈勃尺度內(nèi)部313
8.2.2產(chǎn)生的擾動譜314
8.2.3我們?yōu)槭裁葱枰┟?318
8.3量子宇宙學擾動319
8.3.1方程320
8.3.2**解322
8.3.3量子化擾動326
8.4暴脹產(chǎn)生的引力波334
8.5宇宙的自復制338
8.6暴脹理論的預言能力340
第9章宇宙微波背景各向異性342
9.1基礎343
9.2薩克斯-沃爾夫效應346
9.3初條件348
9.4關聯(lián)函數(shù)和多極矩350
9.5大角度上的各向異性353
9.6延遲復合和有限厚度效應354
9.7小角度的各向異性359
9.7.1轉(zhuǎn)移函數(shù)359
9.7.2多極矩361
9.7.3參數(shù)363
9.7.4計算功率譜367
9.8確定宇宙學參數(shù)369
9.9引力波374
9.10宇宙微波背景的偏振378
9.10.1偏振張量378
9.10.2湯姆孫散射和偏振380
9.10.3延遲復合和偏振382
9.10.4E模和B模偏振以及它們的關聯(lián)函數(shù)383
9.11再電離388
參考文獻391
索引402
譯后記407