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『簡體書』宇宙学基本原理

書城自編碼： 2171277
分類：簡體書→大陸圖書→自然科學→天文学
作者： 龚云贵
國際書號(ISBN)： 9787030390387
出版社： 科学出版社
出版日期： 2014-01-01
版次： 1 印次： 1
頁數/字數： 180/212000
書度/開本： 16开 釘裝： 平装

售價：HK$ 127.4

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編輯推薦：
为天文系及物理系的研究生以及想从事宇宙学研究的物理学家及天文学家。可作为研究生及相关科技工作者的基础理论读物，估计学习宇宙学的研究生及从事宇宙学相关研究工作的科研工作者会使用该书。
內容簡介：
宇宙早期暴涨引起的原初密度扰动是我们现在观测到的大尺度结构的种子. 对宇宙微波背景辐射的更加深入的分析研究有助于我们深刻理解宇宙的演化历史, 同时宇宙暴涨机制的理论模型也对粒子物理基本理论提出了挑战. 另外, 天文学家在1998 年通过超新星的观测发现了宇宙现在处于加速膨胀阶段, 从而表明宇宙中存在一种看不见的反引力的、被称为暗能量的物质；而星系的旋转曲线及宇宙中的引力透镜等观测结果表明了宇宙中还存在大量的不发光的暗物质.《宇宙学基本原理》 同时从物理学和天文学的角度来理解宇宙学的基本原理, 包括了天文学及物理学中的宇宙学内容, 如宇宙学场方程的热力学对应、距离测量及数据拟合方法、宇宙原初核合成、密度扰动的自求解方法及增长因子、暴涨宇宙学模型及原初扰动谱的计算、宇宙微波背景辐射各向异性的计算、宇宙加速膨胀的超新星观测证据、暗能量参数化、吸引子解的动力学分析等.
關於作者：
龚云贵，华中科技大学，教授，长期从事粒子物理及宇宙学的研究工作
目錄：
前言第1章标准宇宙学模型....................................................... 1
1.1 宇宙学原理.............................................................2
1.2 牛顿宇宙学.............................................................3
1.3罗伯逊–沃克度规.......................................................4
1.4 弗里德曼方程.......................................................... 5
1.5 物质为主的宇宙........................................................ 8
1.5.1爱因斯坦–德西特宇宙............................................... 9
1.5.2 开宇宙........................................................... 10
1.5.3 闭宇宙........................................................... 10
1.6 辐射为主的宇宙.......................................................11
1.6.1 平坦宇宙......................................................... 12
1.6.2 开宇宙........................................................... 12
1.6.3 闭宇宙........................................................... 13
1.7 含有宇宙学常数的模型............................................... 13
1.7.1 静态宇宙......................................................... 15
1.7.2 德西特宇宙....................................................... 15
1.7.3 勒梅特模型....................................................... 15
1.7.4爱丁顿–勒梅特模型................................................ 16
1.8 视界及宇宙热力学.................................................... 16
第2 章观测宇宙学........................................................... 20
2.1 宇宙学红移........................................................... 20
2.2距离–红移关系........................................................ 21
2.3 微波背景辐射......................................................... 23
2.4 距离测量.............................................................. 27
2.4.1 三角视差......................................................... 27
2.4.2 星团视差......................................................... 28
2.4.3 视光度........................................................... 28
2.4.4土利–费什尔方法.................................................. 30
2.5 哈勃常数.............................................................. 30
2.5.1 Ia 型超新星.......................................................30
2.5.2 哈勃空间望远镜重点计划...........................................31
2.6 宇宙年龄.............................................................. 32
2.6.1 放射性元素的年龄................................................. 32
2.6.2 宇宙的年龄....................................................... 33
2.7 宇宙中物质的密度及暗物质........................................... 34
2.8 星际吸收.............................................................. 36
2.8.1冈–皮特森效应.................................................... 37
2.8.2 AP 检验..........................................................38
2.9 χ2 拟合方法与边缘化方法............................................ 40
2.9.1 边缘化方法....................................................... 41
2.9.2 MINUIT 程序代码................................................ 43
第3 章宇宙的热历史.........................................................48
3.1 平衡态热力学......................................................... 48
3.2 宇宙热历史........................................................... 51
3.2.1中微子温度及物质–辐射相等....................................... 53
3.2.2 重结合及退耦..................................................... 55
3.3 原初核合成........................................................... 56
3.3.1 原子核统计平衡................................................... 57
3.3.2 初始条件......................................................... 57
3.3.3 轻元素的合成..................................................... 59
第4 章宇宙学微扰理论...................................................... 63
4.1 金斯理论.............................................................. 63
4.2 牛顿理论中的线性微扰动力学........................................ 64
4.3 辐射为主时期的密度扰动............................................. 66
4.4 自求解方法........................................................... 68
4.5 增长因子.............................................................. 69
4.6 微扰的非线性演化.................................................... 72
4.6.1 临界密度......................................................... 74
4.6.2 质量函数......................................................... 74
4.7 相对论微扰理论.......................................................76
4.7.1 张量的分解....................................................... 76
4.7.2 度规的标量扰动................................................... 77
4.7.3 共形牛顿规范下的标量微扰........................................ 79
4.7.4 同步规范下的标量扰动.............................................83
4.7.5 规范变换......................................................... 85
4.7.6 张量扰动......................................................... 88
第5 章暴涨宇宙学........................................................... 89
5.1 标准宇宙学中的困难.................................................. 89
5.1.1 视界问题......................................................... 89
5.1.2 平坦性问题....................................................... 89
5.2 标量场模型........................................................... 91
5.2.1 重新加热......................................................... 93
5.2.2 幂次势........................................................... 94
5.2.3 小暴涨势......................................................... 95
5.2.4 幂次暴涨......................................................... 96
5.3 标量场的量子微扰.................................................... 96
5.4 引力场的量子微扰................................................... 100
第6 章宇宙微波背景辐射...................................................102
6.1 温度各向异性........................................................ 102
6.1.1 偶极矩.......................................................... 103
6.1.2萨克斯–沃尔夫效应...............................................104
6.1.3 非高斯性........................................................ 105
6.2 玻尔兹曼方程........................................................ 107
6.2.1 光子的玻尔兹曼方程..............................................108
6.2.2 张量微扰........................................................ 111
6.2.3 中微子玻尔兹曼方程..............................................111
6.2.4 递推方程........................................................ 111
6.2.5 冷暗物质的玻尔兹曼方程......................................... 113
6.3 超视界密度扰动与初始条件..........................................113
6.3.1 超视界冷暗物质的密度扰动....................................... 115
6.3.2 大尺度各向异性.................................................. 116
6.4 紧耦合极限.......................................................... 117
6.5 沿视线积分方法......................................................119
6.6 微波背景辐射的极化................................................. 122
6.6.1 斯托克斯参数.................................................... 122
6.6.2 CMB 极化.......................................................123
6.6.3 汤姆孙散射...................................................... 124
6.7 张量微扰的玻尔兹曼方程............................................ 126
6.7.1 全角动量方法.................................................... 127
6.7.2 积分解.......................................................... 129
第7 章暗能量模型.......................................................... 130
7.1 暗能量的观测证据................................................... 130
7.1.1 超新星与标准烛光................................................130
7.1.2 超新星观测结果.................................................. 132
7.2 暗能量的参数化......................................................134
7.3 标量场模型.......................................................... 142
7.3.1 标度解.......................................................... 142
7.3.2 追踪解及物态方程参数的演化速度................................. 144
7.3.3 瓦解模型的近似解................................................146
7.4 动力学分析.......................................................... 147
7.5 最一般的标量场追踪解.............................................. 150
7.6 全息暗能量模型......................................................152
7.7 契浦利金气体模型................................................... 154
参考文献.......................................................................156
索引........................................................................... 162
內容試閱：
第1 章标准宇宙学模型
《圣经》中记载上帝创造了天、地、人和万物.上帝在第一天创造了白天和黑夜,然后创造了水和万物,并且在最后一天,即第六天按照自己的模样创造了人.然而我们不禁要问：上帝又是怎么来的？这在《圣经》中是一个不可回答的问题,而我们也不试图回答宇宙的起点问题,但是我们在本书中要学习宇宙产生后的演化历史及规律.
中国是世界上天文学发展最早的国家之一,几千年来积累了大量宝贵的天文资料.中国古代天文学萌芽于原始社会,到战国秦汉时期形成了以历法和天象观测为中心的完整的体系.什么是宇宙？战国时期的尹佼认为“四方上下曰宇,古往今来曰宙”,即宇宙包括了所有的空间和时间.而古代关于宇宙的学说有盖天说、浑天说、宣夜说三种学说,这些在《晋书天文志》中有记载：“古言天者有三家,一曰盖天,二曰宣夜,三曰浑天.”盖天说可以追溯到殷周时代,据《晋书天文志》记载：“其言天似盖笠,地法覆盘,天地各中高外下.北极之下为天地之中,其地最高,而滂沲四,三光隐映,以为昼夜.天中高于外衡冬至日之所在六万里.北极下地高于外衡下地亦六万里,外衡高于北极下地二万里.天地隆高相从,日去地恒八万里.”这种盖天说后来被简化为天圆地方说,这在《周髀算经》中被表述为“天圆如张盖,地方如棋局”.
浑天说则认为天如球形,地球位于其中心.其代表性人物有发明了可以演示日、月、星辰运动的浑天仪的落下闳,以及发明了地动仪的张衡.张衡在《浑天仪图注》中写道：“浑天如鸡子.天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于天内,天大而地小.天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄.天地各乘气而立,载水而浮.周天三百六十五度又四分度之一,又中分之,则半一百八十二度八分度之五覆地上,半绕地下,故二十八宿半见半隐.其两端谓之南北极.北极乃天之中也,在正北,出地上三十六度.然则北极上规径七十二度,常见不隐.南极天地之中也,在正南,入地三十六度.南规七十二度常伏不见.两极相去一百八十二度强半.天转如车毂之运也,周旋无端,其形浑浑,故曰浑天.”
宣夜说认为,所谓“天”,并没有一个固体的“天穹”,而只不过是无边无涯的气体,日月星辰就在气体中飘浮游动.据《晋书天文志》记载：“汉秘书郎郗萌记先师相传云：
‘天了无质,仰而瞻之,高远无极,眼瞀精绝,故苍苍然也.譬之旁望远道之黄山而皆青,俯察千仞之深谷而窈黑,夫青非真色,而黑非有体也.日月众星,自然浮生虚空之中,其行其止皆须

 

 

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