宇宙學的物理基礎(2023年科學出版社出版的圖書)

《宇宙學的物理基礎》是2023年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：宇宙學的物理基礎
• 出版時間：2023年9月1日
• 出版社：科學出版社
• ISBN：9787030762733

內容簡介

暴脹宇宙學在過去20年發展歷程中已經解決了宇宙的標準熱大爆炸模型中存在的許多嚴重問題.利用其原創的方法,《宇宙學的物理基礎》解釋了現代宇宙學的基礎,並且闡明了理論結果的來源.《宇宙學的物理基礎》分為兩個部分:第一部分處理均勻及各向同性的宇宙模型,而第二部分討論初始不均勻性如何解釋我們觀測到的宇宙結構.《宇宙學的物理基礎》為一些傳統上高度依賴於數值計算的論題,例如原初核合成、複合、宇宙微波背景輻射各向異性等,提供了解析處理方法.暴脹以及量子宇宙學擾動理論講述得尤為詳盡.通過討論更具推測性質的想法,《宇宙學的物理基礎》將讀者引領到目前宇宙學研究的前沿.

圖書目錄

第一部分均勻各向同性的宇宙

第1章膨脹宇宙的運動學和動力學3

1.1哈勃定律4

1.2牛頓宇宙學中的塵埃的動力學8

1.2.1連續性方程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用紅移來測量時間和距離52

2.5運動學檢驗55

2.5.1角直徑-紅移關係55

2.5.2光度-紅移關係58

2.5.3計數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熱力學基本原理68

3.3.1*大熵狀態，熱譜，守恆律，化學勢69

3.3.2能量密度，壓強，物態方程73

3.3.3計算積分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輕子時期83

3.4.1化學勢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複合111

3.6.1氦複合112

3.6.2氫複合:平衡態處理114

3.6.3氫複合:動理學方法115

第4章極早期宇宙.122

4.1基礎123

4.1.1局域規範不變性123

4.1.2非阿貝爾規範理論125

4.2量子色動力學和夸克-膠子電漿128

4.2.1跑動的耦合常數和漸近自由131

4.2.2宇宙學夸克-膠子相變136

4.3電弱理論139

4.3.1費米子部分140

4.3.2U(1)對稱性的“自發破缺”142

4.3.3規範玻色子143

4.3.4費米子相互作用147

4.3.5費米子質量149

4.3.6CP破壞151

4.4“對稱性恢復”和相變153

4.4.1有效勢154

4.4.2U(1)模型158

4.4.3高溫時的對稱性恢復161

4.4.4相變163

4.4.5電弱相變165

4.5瞬子，鞍點子，以及早期宇宙169

4.5.1勢阱中粒子的逃離169

4.5.2亞穩真空的衰變173

4.5.3規範理論的真空結構179

4.5.4手征反常和費米子數的不守恆184

4.6超出標準模型186

4.6.1暗物質候選者191

4.6.2重子生成196

4.6.3拓撲缺陷201

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如何實現p≈.ε的物態方程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“選單”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熵擾動254

6.3膨脹宇宙中的不穩定性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的冷物質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270

第7章廣義相對論中的引力不穩定性273

7.1擾動和規範不變數274

7.1.1擾動的分類274

7.1.2規範變換和規範不變數275

7.1.3坐標系279

7.2宇宙學擾動的方程281

7.3流體力學擾動284

7.3.1標量擾動284

7.3.2矢量和張量擾動294

7.4重子-輻射電漿和冷暗物質296

7.4.1方程297

7.4.2擾動的演化和轉移函式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哈勃尺度內部313

8.2.2產生的擾動譜314

8.2.3我們為什麼需要暴脹?318

8.3量子宇宙學擾動319

8.3.1方程320

8.3.2**解322

8.3.3量子化擾動326

8.4暴脹產生的引力波334

8.5宇宙的自複製338

8.6暴脹理論的預言能力340

第9章宇宙微波背景各向異性342

9.1基礎343

9.2薩克斯-沃爾夫效應346

9.3初條件348

9.4關聯函式和多極矩350

9.5大角度上的各向異性353

9.6延遲複合和有限厚度效應354

9.7小角度的各向異性359

9.7.1轉移函式359

9.7.2多極矩361

9.7.3參數363

9.7.4計算功率譜367

9.8確定宇宙學參數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延遲複合和偏振382

9.10.4E模和B模偏振以及它們的關聯函式383

9.11再電離388

參考文獻391

索引402

譯後記407