宇宙学导论

《宇宙学导论》系统介绍了现代宇宙学的基本概念与基础理论知识。特别对一些**的基础概念和理论方法进行了较为详细的介绍，例如，线性扰动理论中的规范变换、非线性扰动演化中的普雷斯-谢克特（Press-Schechter）质量函数、高斯（Gauss）随机扰动场及其统计性质等。《宇宙学导论》主要内容包括：标准宇宙学模型及热大爆炸宇宙简史，小扰动的线性演化理论，宇宙各主要组分（冷暗物质、重子物质、光子及有质量中微子）密度扰动的线性演化方程以及密度扰动功率谱，宇宙微波背景辐射的各向异性，扰动的非线性演化与密度扰动场的统计分析，张量扰动与引力波，高红移天体与宇宙再电离，引力透镜原理与观测等。每章之后都附有相应的习题。

目录
丛书序
前言
第1章 现代宇宙学的诞生与观测基础 1
1.1 从远古人类的宇宙观到现代宇宙学 1
1.2 现代宇宙学的观测基础 7
1.2.1 星系的大尺度空间分布 7
1.2.2 星系距离与红移的关系 9
1.2.3 宇宙微波背景辐射 13
1.2.4 宇宙中的元素丰度 17
1.2.5 宇宙的年龄 19
1.2.6 宇宙中的物质组成 24
1.2.7 两个重要的数量比——重子/光子与反物质/物质 28
第2章 标准宇宙学模型 31
2.1 宇宙学原理与 Robertson-Walker度规 31
2.2 Friedmann方程 34
2.2.1 基本形式的Friedmann方程 35
2.2.2 包括真空能量的Friedmann方程.37
2.3 宇宙学红移与视界 42
2.4 宇宙的年龄 45
2.5 宇宙学距离 48
习题 51
第3章 热大爆炸宇宙简史 53
3.1 从辐射为主到物质为主.53
3.2 宇宙的创生——普朗克时期（T～1032K，kT～EPl 1019GeV，t～10.43s） 57
3.3 宇宙暴胀（T～1026K，kT～1015GeV，t～10.33s） 59
3.3.1 标准宇宙学模型的两大疑难 59
3.3.2 宇宙暴胀机制简介 62
3.4 强子时期 （T≈1013～1012K）和轻子时期（T≈1012～1010K） 68
3.5 轻元素核合成（T≈109K） 70
3.6 复合时期（T≈4000～3000K） 74
3.6.1 复合过程电离率的演化 76
3.6.2 *后散射面与*后散射层 79
3.6.3 辐射与重子物质之间的热平衡 81
3.7 星系形成（T 100K） 83
3.8 关于宇宙暗能量的一个讨论 84
习题 86
第4章 小扰动的线性演化理论 88
4.1 牛顿宇宙学方法 89
4.1.1 冷物质宇宙 89
4.1.2 辐射为主的宇宙 94
4.1.3 一般形式的物态方程 95
4.1.4 物质与辐射混合流体中的Jeans质量与视界质量 97
4.2 广义相对论的宇宙学小扰动与规范变换 100
4.3 规范的选择与规范不变量 109
4.4 宇宙学小扰动的基本方程 113
4.4.1 爱因斯坦场方程 114
4.4.2 能量–动量守恒方程 120
4.4.3 时间变量由t到共形时η的转换 123
4.5 相空间与Boltzmann方程 124
4.6 宇宙各主要组分的扰动演化方程 132
4.6.1 冷暗物质 133
4.6.2 光子（辐射） 136
4.6.3 重子物质 140
4.6.4 有质量中微子 141
4.6.5 扰动的平面波展开 143
4.7 密度扰动的线性增长147
4.7.1 冷暗物质宇宙 147
4.7.2 具有一般形式物态方程的宇宙 149
4.7.3 多组分宇宙 150
4.8 线性转移函数 156
4.9 密度扰动功率谱 165
4.10 原初扰动的产生和原初功率谱 169
4.11 张量扰动与引力波 171
习题 175
第5章 宇宙微波背景辐射的各向异性 176
5.1 CMB 温度涨落的统计描述 176
5.2 大角尺度上的各向异性：Sachs-Wolfe效应 182
5.3 中等角尺度上的各向异性：多普勒峰与声峰 185
5.4 小角尺度上的各向异性 188
5.5 视线方向随时间变化的引力势的影响 188
5.6 Sunyaev-Zel’dovich效应 188
5.7 星系际介质再电离对 CMB 温度涨落的影响 190
5.8 CMB的偏振 191
5.8.1 CMB偏振的产生与描述 191
5.8.2 Thomson散射所产生的光子极化 196
5.8.3 包括光子极化的Boltzmann方程 201
5.8.4 CMB 偏振的测量 213
5.8.5 引力波与CMB偏振 216
习题 218
第6章 扰动的非线性演化 220
6.1 球对称坍缩模型 221
6.2 Press-Schechter质量函数 226
6.3 Zel’dovich近似：“薄饼”模型 236
6.4 宇宙密度扰动场的统计分析 239
6.4.1 Gauss随机场及其统计性质 239
6.4.2 扰动峰的数密度 244
6.4.3 缓变背景场中峰的数密度的变化 252
6.4.4 密度峰及星系的相关函数 254
6.4.5 星系形成的偏置与偏置参数 257
6.4.6 密度峰的轮廓和密度分布 259
6.4.7 低维密度场的统计性质 261
6.5 星系的本动速度与红移空间的畸变 265
6.5.1 星系的本动速度 265
6.5.2 星系本动速度引起的红移空间畸变 269
6.6 N体数值模拟与数值流体动力学方法简介 271
习题 275
第7章 高红移宇宙 276
7.1 宇宙**代天体的形成 276
7.1.1 暗物质晕的位力平衡 276
7.1.2 暗晕中重子气体的冷却和坍缩 280
7.1.3 暗晕中恒星的形成 287
7.1.4 星族III和早期黑洞 291
7.1.5 星系的化学演化 293
7.1.6 星系的并合 297
7.1.7 星系形成中的downsizing问题 299
7.2 高红移天体与星系际介质 301
7.2.1 类星体 301
7.2.2 Gunn-Peterson检验 303
7.2.3 宇宙再电离的历史 307
7.2.4 **代天体的反馈作用 311
习题 313
第8章 引力透镜 314
8.1 引力透镜的几何原理315
8.2 引力透镜的观测 324
习题 332
**参考书目 333
参考文献 335
部分习题解答 339