现代宇宙学_(美)斯科特·多德尔森(ScottDodelson)，(德)法比安·施密特(FabianSchmidt)著_9787030786937

《现代宇宙学》第二版提供了宇宙学领域的详细介绍，开篇由FriedmannLematre-Robertson-Walker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、再复合和暗物质的细致处理。由此出发，本书将引入在均匀膨胀宇宙中的微扰-它们的演化如何由Einstein-Boltzmann方程组所描述，它们如何由宇宙早期的暴胀所产生，以及它们将产生怎样的观测效应：CMB中的声学振荡峰、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，包括微扰论和数值模拟的分析方法。本书结束于一个经过大幅度更新的数据分析处理章节。《现代宇宙学》第二版展示了现代观测技术如何迅速刷新我们的宇宙的理解，并提供给读者大量宇宙学研究所需的工具。

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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 曲率、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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