宇宙早期暴漲引起的原初密度擾動是我們現(xiàn)在觀測到的大尺度結(jié)構(gòu)的種子. 對宇宙微波背景輻射的更加深入的分析研究有助于我們深刻理解宇宙的演化歷史, 同時宇宙暴漲機制的理論模型也對粒子物理基本理論提出了挑戰(zhàn). 另外, 天文學(xué)家在1998 年通過超新星的觀測發(fā)現(xiàn)了宇宙現(xiàn)在處于加速膨脹階段, 從而表明宇宙中存在一種看不見的反引力的、被稱為暗能量的物質(zhì)；而星系的旋轉(zhuǎn)曲線及宇宙中的引力透鏡等觀測結(jié)果表明了宇宙中還存在大量的不發(fā)光的暗物質(zhì).《宇宙學(xué)基本原理》 同時從物理學(xué)和天文學(xué)的角度來理解宇宙學(xué)的基本原理, 包括了天文學(xué)及物理學(xué)中的宇宙學(xué)內(nèi)容, 如宇宙學(xué)場方程的熱力學(xué)對應(yīng)、距離測量及數(shù)據(jù)擬合方法、宇宙原初核合成、密度擾動的自求解方法及增長因子、暴漲宇宙學(xué)模型及原初擾動譜的計算、宇宙微波背景輻射各向異性的計算、宇宙加速膨脹的超新星觀測證據(jù)、暗能量參數(shù)化、吸引子解的動力學(xué)分析等.
為天文系及物理系的研究生以及想從事宇宙學(xué)研究的物理學(xué)家及天文學(xué)家。可作為研究生及相關(guān)科技工作者的基礎(chǔ)理論讀物，估計學(xué)習(xí)宇宙學(xué)的研究生及從事宇宙學(xué)相關(guān)研究工作的科研工作者會使用該書。
龔云貴，華中科技大學(xué)，教授，長期從事粒子物理及宇宙學(xué)的研究工作
前言第1章標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型....................................................... 1
1.1 宇宙學(xué)原理.............................................................2
1.2 牛頓宇宙學(xué).............................................................3
1.3羅伯遜–沃克度規(guī).......................................................4
1.4 弗里德曼方程.......................................................... 5
1.5 物質(zhì)為主的宇宙........................................................ 8
1.5.1愛因斯坦–德西特宇宙............................................... 9
1.5.2 開宇宙........................................................... 10
1.5.3 閉宇宙........................................................... 10
1.6 輻射為主的宇宙.......................................................11
1.6.1 平坦宇宙......................................................... 12
1.6.2 開宇宙........................................................... 12
1.6.3 閉宇宙........................................................... 13
1.7 含有宇宙學(xué)常數(shù)的模型............................................... 13
1.7.1 靜態(tài)宇宙......................................................... 15
1.7.2 德西特宇宙....................................................... 15
1.7.3 勒梅特模型....................................................... 15
1.7.4愛丁頓–勒梅特模型................................................ 16
1.8 視界及宇宙熱力學(xué).................................................... 16
第2 章觀測宇宙學(xué)........................................................... 20
2.1 宇宙學(xué)紅移........................................................... 20
2.2距離–紅移關(guān)系........................................................ 21
2.3 微波背景輻射......................................................... 23
2.4 距離測量.............................................................. 27
2.4.1 三角視差......................................................... 27
2.4.2 星團(tuán)視差......................................................... 28
2.4.3 視光度........................................................... 28
2.4.4土利–費什爾方法.................................................. 30
2.5 哈勃常數(shù).............................................................. 30
2.5.1 Ia 型超新星.......................................................30
2.5.2 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡重點計劃...........................................31
2.6 宇宙年齡.............................................................. 32
2.6.1 放射性元素的年齡................................................. 32
2.6.2 宇宙的年齡....................................................... 33
2.7 宇宙中物質(zhì)的密度及暗物質(zhì)........................................... 34
2.8 星際吸收.............................................................. 36
2.8.1岡–皮特森效應(yīng).................................................... 37
2.8.2 AP 檢驗..........................................................38
2.9 χ2 擬合方法與邊緣化方法............................................ 40
2.9.1 邊緣化方法....................................................... 41
2.9.2 MINUIT 程序代碼................................................ 43
第3 章宇宙的熱歷史.........................................................48
3.1 平衡態(tài)熱力學(xué)......................................................... 48
3.2 宇宙熱歷史........................................................... 51
3.2.1中微子溫度及物質(zhì)–輻射相等....................................... 53
3.2.2 重結(jié)合及退耦..................................................... 55
3.3 原初核合成........................................................... 56
3.3.1 原子核統(tǒng)計平衡................................................... 57
3.3.2 初始條件......................................................... 57
3.3.3 輕元素的合成..................................................... 59
第4 章宇宙學(xué)微擾理論...................................................... 63
4.1 金斯理論.............................................................. 63
4.2 牛頓理論中的線性微擾動力學(xué)........................................ 64
4.3 輻射為主時期的密度擾動............................................. 66
4.4 自求解方法........................................................... 68
4.5 增長因子.............................................................. 69
4.6 微擾的非線性演化.................................................... 72
4.6.1 臨界密度......................................................... 74
4.6.2 質(zhì)量函數(shù)......................................................... 74
4.7 相對論微擾理論.......................................................76
4.7.1 張量的分解....................................................... 76
4.7.2 度規(guī)的標(biāo)量擾動................................................... 77
4.7.3 共形牛頓規(guī)范下的標(biāo)量微擾........................................ 79
4.7.4 同步規(guī)范下的標(biāo)量擾動.............................................83
4.7.5 規(guī)范變換......................................................... 85
4.7.6 張量擾動......................................................... 88
第5 章暴漲宇宙學(xué)........................................................... 89
5.1 標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)中的困難.................................................. 89
5.1.1 視界問題......................................................... 89
5.1.2 平坦性問題....................................................... 89
5.2 標(biāo)量場模型........................................................... 91
5.2.1 重新加熱......................................................... 93
5.2.2 冪次勢........................................................... 94
5.2.3 小暴漲勢......................................................... 95
5.2.4 冪次暴漲......................................................... 96
5.3 標(biāo)量場的量子微擾.................................................... 96
5.4 引力場的量子微擾................................................... 100
第6 章宇宙微波背景輻射...................................................102
6.1 溫度各向異性........................................................ 102
6.1.1 偶極矩.......................................................... 103
6.1.2薩克斯–沃爾夫效應(yīng)...............................................104
6.1.3 非高斯性........................................................ 105
6.2 玻爾茲曼方程........................................................ 107
6.2.1 光子的玻爾茲曼方程..............................................108
6.2.2 張量微擾........................................................ 111
6.2.3 中微子玻爾茲曼方程..............................................111
6.2.4 遞推方程........................................................ 111
6.2.5 冷暗物質(zhì)的玻爾茲曼方程......................................... 113
6.3 超視界密度擾動與初始條件..........................................113
6.3.1 超視界冷暗物質(zhì)的密度擾動....................................... 115
6.3.2 大尺度各向異性.................................................. 116
6.4 緊耦合極限.......................................................... 117
6.5 沿視線積分方法......................................................119
6.6 微波背景輻射的極化................................................. 122
6.6.1 斯托克斯參數(shù).................................................... 122
6.6.2 CMB 極化.......................................................123
6.6.3 湯姆孫散射...................................................... 124
6.7 張量微擾的玻爾茲曼方程............................................ 126
6.7.1 全角動量方法.................................................... 127
6.7.2 積分解.......................................................... 129
第7 章暗能量模型.......................................................... 130
7.1 暗能量的觀測證據(jù)................................................... 130
7.1.1 超新星與標(biāo)準(zhǔn)燭光................................................130
7.1.2 超新星觀測結(jié)果.................................................. 132
7.2 暗能量的參數(shù)化......................................................134
7.3 標(biāo)量場模型.......................................................... 142
7.3.1 標(biāo)度解.......................................................... 142
7.3.2 追蹤解及物態(tài)方程參數(shù)的演化速度................................. 144
7.3.3 瓦解模型的近似解................................................146
7.4 動力學(xué)分析.......................................................... 147
7.5 最一般的標(biāo)量場追蹤解.............................................. 150
7.6 全息暗能量模型......................................................152
7.7 契浦利金氣體模型................................................... 154
參考文獻(xiàn).......................................................................156
索引........................................................................... 162
