宇宙學(xué)的物理基礎(chǔ)

目錄
**部分均勻各向同性的宇宙
第1章膨脹宇宙的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)3
1.1哈勃定律4
1.2牛頓宇宙學(xué)中的塵埃的動力學(xué)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(xué)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(shí)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(shí)間和距離52
2.5運(yùn)動學(xué)檢驗(yàn)55
2.5.1角直徑-紅移關(guān)系55
2.5.2光度-紅移關(guān)系58
2.5.3計(jì)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(xué)基本原理68
3.3.1*大熵狀態(tài)，熱譜，守恒律，化學(xué)勢69
3.3.2能量密度，壓強(qiáng)，物態(tài)方程73
3.3.3計(jì)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(shí)期83
3.4.1化學(xué)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(fù)合111
3.6.1氦復(fù)合112
3.6.2氫復(fù)合:平衡態(tài)處理114
3.6.3氫復(fù)合:動理學(xué)方法115
第4章極早期宇宙.122
4.1基礎(chǔ)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(xué)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(xué)夸克-膠子相變136
4.3電弱理論139
4.3.1費(fèi)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(fèi)米子相互作用147
4.3.5費(fèi)米子質(zhì)量149
4.3.6CP破壞151
4.4“對稱性恢復(fù)”和相變153
4.4.1有效勢154
4.4.2U(1)模型158
4.4.3高溫時(shí)的對稱性恢復(fù)161
4.4.4相變163
4.4.5電弱相變165
4.5瞬子，鞍點(diǎn)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(fèi)米子數(shù)的不守恒184
4.6超出標(biāo)準(zhǔn)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?fù)淙毕?01
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(shí)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(yù)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?cái)_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(shí)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(biāo)系279
7.2宇宙學(xué)擾動的方程281
7.3流體力學(xué)擾動284
7.3.1標(biāo)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(xué)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(fù)制338
8.6暴脹理論的預(yù)言能力340
第9章宇宙微波背景各向異性342
9.1基礎(chǔ)343
9.2薩克斯-沃爾夫效應(yīng)346
9.3初條件348
9.4關(guān)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(fù)合和有限厚度效應(yīng)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(jì)算功率譜367
9.8確定宇宙學(xué)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(fù)合和偏振382
9.10.4E模和B模偏振以及它們的關(guān)聯(lián)函數(shù)383
9.11再電離388
參考文獻(xiàn)391
索引402
譯后記407