现代宇宙学(原书第二版)

本书提供了现代宇宙学领域的详细介绍.开篇由FLRW度规描述均匀膨胀的宇宙学模型，包括对暗能量、大爆炸核合成、氢复合和暗物质的细致处理。由此出发，本书引入了在均匀膨胀宇宙中的微扰——它们的演化如何由Einstein-Boltzmann方程组描述，它们如何由宇宙早期的暴胀产生，以及它们产生怎样的观测效应：CMB中的声学峰、偏振分析中的E/B模式分解、CMB中的弱引力透镜和宇宙大尺度结构，以及BAO标准尺和星系成团性中的红移空间畸变效应。第二版还涵盖了非线性结构形成内容，包括微扰论和数值模拟方法。本书结束于一个经大幅更新的数据分析章节。

目录
原作者简介
译者简介
丛书序
中译本序言
序一
序二
原书前言
第1章 基准宇宙学模型 1
1.1 宇宙简史 1
1.2 Hubble图 6
1.3 大爆炸核合成 7
1.4 宇宙微波背景辐射 8
1.5 宇宙大尺度结构 9
1.6 ΛCDM宇宙学模型 13
1.7 总结与展望 15
习题 16
第2章 膨胀的宇宙 18
2.1 空间的膨胀 18
2.1.1 度规 19
2.1.2 测地线方程 22
2.2 距离 26
2.3 能量的演化 28
2.4 宇宙的能量组分 33
2.4.1 光子 34
2.4.2 重子 35
2.4.3 暗物质 35
2.4.4 中微子 36
2.4.5 物质-辐射相等时期 39
2.4.6 暗能量 39
2.5 小结 43
习题 44
第3章 宇宙学的基本方程 47
3.1 Einstein场方程 47
3.2 Boltzmann方程 51
3.2.1 谐振子的Boltzmann方程 52
3.2.2 膨胀宇宙中的Boltzmann方程 54
3.2.3 Boltzmann方程中的碰撞项 56
3.3 非均匀宇宙中的Boltzmann方程 58
3.3.1 时空的微扰 58
3.3.2 测地线方程的微扰 60
3.3.3 辐射的无碰撞Boltzmann方程 64
3.3.4 静质量非零粒子的无碰撞Boltzmann方程 64
3.4 小结 65
习题 67
第4章 宇宙组分的起源 70
4.1 回顾均匀宇宙的Boltzmann方程 70
4.2 大爆炸核合成 72
4.2.1 中子丰度 75
4.2.2 轻元素丰度 78
4.3 氢复合 79
4.4 暗物质 83
4.5 小结 89
习题 89
第5章 非均匀的宇宙：物质和辐射 92
5.1 光子的无碰撞Boltzmann方程 93
5.2 碰撞项：Compton散射 95
5.3 光子的Boltzmann方程 99
5.4 冷暗物质的Boltzmann方程 101
5.5 重子的Boltzmann方程 104
5.6 中微子的Boltzmann方程 106
5.7 小结 107
习题 110
第6章 非均匀的宇宙：引力 111
6.1 标量-矢量-张量分解 111
6.2 规范的选择 113
6.3 标量扰动的Einstein场方程 115
6.3.1 Ricci张量 116
6.3.2 场方程的两个分量方程 117
6.4 张量扰动 120
6.4.1 张量扰动的克氏符 121
6.4.2 张量扰动的Ricci张量 122
6.4.3 张量扰动的Einstein场方程 123
6.4.4 模式分解定理的验证 125
6.5 小结 126
习题 127
第7章 初始条件 129
7.1 视界疑难的解决 129
7.2 暴胀 134
7.3 原初引力波的产生 137
7.3.1 谐振子的量子化 138
7.3.2 张量扰动 139
7.4 标量扰动的产生 142
7.4.1 均匀背景下的标量场扰动 143
7.4.2 超视界扰动 145
7.4.3 空间平直规范 148
7.5 早期宇宙的Einstein-Boltzmann方程 150
7.6 小结 152
习题 155
第8章 大尺度结构的形成：线性理论 159
8.1 引言 159
8.1.1 扰动演化的三个阶段 160
8.1.2 求解思路 164
8.2 大尺度求解 166
8.2.1 超视界解 166
8.2.2 大尺度进入视界 169
8.3 小尺度求解 171
8.3.1 小尺度进入视界 172
8.3.2 亚视界演化 176
8.4 转移函数 179
8.5 增长因子 181
8.6 结构形成的其他因素 182
8.6.1 重子 182
8.6.2 中微子质量 184
8.6.3 暗能量 185
8.7 小结 186
习题 187
第9章 CMB的各向异性 190
9.1 概述 190
9.2 大尺度各向异性 196
9.3 重子声学振荡 197
9.3.1 强耦合极限下的Boltzmann方程 197
9.3.2 强耦合解 199
9.4 扩散阻尼 201
9.5 从非均匀性到各向异性 204
9.5.1 自由穿行 204
9.5.2 角功率谱 207
9.6 CMB各向异性谱 211
9.6.1 大尺度 211
9.6.2 声学峰 212
9.7 宇宙学参数 214
9.7.1 …率、宇宙学常数Λ 216
9.7.2 谱振幅、谱指数和光深 217
9.7.3 重子和冷暗物质密度 218
9.8 小结 219
习题 220
第10章 CMB的偏振 224
10.1 偏振 224
10.2 Compton散射产生的偏振 228
10.3 平面波产生的偏振 230
10.4 偏振的Boltzmann方程 234
10.5 偏振功率谱 236
10.6 引力波探测 238
10.7 小结 241
习题 241
第11章 大尺度结构的探测：示踪体 243
11.1 星系的成团性 245
11.1.1 星系分布的统计 246
11.1.2 红移空间畸变 248
11.1.3 BAO和AP检验 253
11.2 角相关统计 257
11.3 Sunyaev-Zel’dovich效应 261
11.4 小结 265
习题 266
第12章 大尺度结构的形成：非线性理论 269
12.1 引言 270
12.2 高阶微扰论 273
12.3 数值模拟 284
12.4 暗晕 289
12.4.1 暗晕质量和密度轮廓 290
12.4.2 暗晕质量函数 291
12.5 星系团 296
12.6 星系成团性和偏袒 298
12.7 暗晕模型 303
12.8 小结 305
习题 308
第13章 大尺度结构的探测：引力透镜 312
13.1 概述 312
13.2 光子测地线方程 315
13.3 CMB透镜 319
13.4 星系形状 322
13.5 弱引力透镜统计 325
13.5.1 剪切场功率谱 325
13.5.2 剪切场的两点相关函数 328
13.5.3 剪切场互相关 329
13.6 小结 332
习题 333
第14章 分析推理 336
14.1 似然函数 337
14.2 概述：从原始数据到参数限制 341
14.3 成图 343
14.4 两点函数 346
14.4.1 CMB 角功率谱 346
14.4.2 星系分布功率谱 349
14.5 Fisher矩阵 353
14.6 似然函数的采样 356
14.7 小结 359
习题 360
附录A 部分习题解答 363
附录B 重要常数 393
B.1 物理常数 393
B.2 天体物理常数 394
B.3 基准宇宙学模型参数 394
附录C 特殊函数 395
C.1 Legendre多项式 395
C.2 球谐函数 395
C.3 球Bessel函数 397
C.4 Fourier变换 398
C.5 其他 398
附录D 符号 400
D.1 数学和几何学定义 400
D.2 常用关系式 400
D.3 变量定义 401
索引 404
参考文献 408

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