Introduction to General Relativistic and Scalar-tensor Cosmologies pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:Berman, Marcelo Samuel

出品人:

页数:266

译者:

出版时间:

价格:965.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781600210136

丛书系列:

图书标签:

• 广义相对论
• 宇宙学
• 标量-张量理论
• 引力
• 宇宙微波背景
• 黑洞
• 宇宙膨胀
• 暗物质
• 暗能量
• 时空结构

《宇宙学基础：从牛顿到标准模型》 前言 本书旨在为对宇宙演化、大尺度结构形成以及宇宙学基本原理感兴趣的读者提供一个全面而深入的导论。我们将从经典物理学的视角出发，逐步过渡到现代物理学，特别是广义相对论和粒子物理学在描述宇宙学现象中的应用。本书的叙述力求严谨，同时兼顾概念的清晰性，旨在搭建一座连接基础物理学与前沿宇宙学研究的桥梁。 第一部分：经典宇宙学的基石 第一章：时空的几何与运动 本章首先回顾牛顿力学中的绝对时空观，并以此为基础，引入空间曲率和引力作为物质的自然结果的初步概念。我们将探讨理想化模型——静态、均匀的宇宙——在牛顿框架下的局限性。重点在于理解“宇宙学原理”的早期萌芽及其在描述大尺度均匀性时的必要性。 第二章：早期宇宙的动力学与膨胀 我们将详细讨论爱因斯坦场方程的引入及其在描述时空动态演化中的核心作用。本章将专注于弗里曼方程的推导，这是描述各向同性、均匀膨胀宇宙（即标准的$Lambda$CDM模型的前身）的动力学方程。我们将分析不同物质和能量密度组分（如完美流体、辐射、冷暗物质）如何影响宇宙的膨胀率。通过对弗里曼方程的解析解的探讨，读者将理解大爆炸奇点、减速膨胀和加速膨胀等关键概念。 第三章：宇宙的视界与可观测性 在膨胀宇宙的背景下，我们必须重新定义“事件”和“视界”。本章将详细阐述粒子视界和事件视界的物理意义，解释为什么我们只能观测到宇宙的一部分。通过对光锥结构的研究，我们将探讨观测者在不同历史时期所能接收到的信息，为理解早期宇宙的观测证据（如宇宙微波背景辐射）奠定基础。 第二部分：现代宇宙学的观测证据与标准模型 第四章：宇宙微波背景辐射（CMB）的物理学 CMB是现代宇宙学最关键的观测证据之一。本章将追溯光子的产生历史，从复合时期（Recombination）到今天我们观测到的光子背景。我们将深入分析黑体谱的意义，并探讨CMB的各向异性——温度涨落的起源和物理机制。通过对偶极子各向异性和多极矩的分析，读者将了解我们相对于CMB参照系的运动状态以及早期宇宙的声学振荡。 第五章：大尺度结构的形成 宇宙并非完全均匀。本章聚焦于密度涨落如何在线性和非线性区域演化，最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙网。我们将引入物质扰动方程，并讨论冷暗物质在驱动结构形成中的主导作用。此外，我们将探讨物质相变（如重子声学振荡）如何在宇宙演化早期留下“尺标”，这些尺标在CMB和星系红移巡天中提供了对物质密度的独立测量。 第六章：暗物质的证据与性质 暗物质是构成宇宙质量成分的主体，但其本质仍是一个谜。本章系统梳理支持暗物质存在的观测证据：星系旋转曲线、星系团的动力学、引力透镜效应以及宇宙微波背景辐射的声学峰值。我们将讨论目前主要的候选模型（如WIMPs、轴子）及其在粒子物理学中的理论背景，并介绍当前对暗物质直接和间接探测的实验进展。 第七章：暗能量与宇宙的加速膨胀 自20世纪末发现宇宙加速膨胀以来，暗能量成为宇宙学研究的核心问题。本章将详细分析暗能量对弗里曼方程的贡献，特别是真空能（宇宙学常数 $Lambda$）的特性。我们将探讨描述暗能量状态方程（$w$参数）的物理意义，并比较暗能量的几种主要模型，例如随时间变化的场（如Quintessence）。本章还将讨论如何利用Ia型超新星观测、大尺度结构演化和CMB数据来约束暗能量的性质。 第三部分：理论前沿与未解之谜 第八章：暴胀理论：解决早期宇宙的难题 暴胀理论是解决标准大爆炸模型中视界问题、平坦性问题和磁单极子问题的优雅方案。本章将详细介绍暴胀的模型构建，包括标量场（inflaton）的动力学。我们将推导出暴胀末期产生的原初密度涨落谱的特征，并展示这些涨落在CMB中留下的印记。此外，还将探讨暴胀与引力波的潜在关联。 第九章：宇宙学中的量子场论 本章将探讨如何将量子场论的原理应用于早期宇宙的演化。我们将讨论有效场论的视角，以及在极高能尺度下，量子涨落如何转化为宇宙尺度的结构。我们将分析物质和辐射的退耦、重子产生以及轻元素核合成（BBN）的物理过程，将其视为宇宙演化中不可逆转的关键事件。 第十章：引力理论的扩展与修正 虽然广义相对论在目前所有观测尺度上都取得了巨大成功，但在极小尺度（量子引力）和极大尺度（暗能量效应）上，仍有必要探索其可能的修正形式。本章将简要介绍修正引力理论的基本思想，例如高曲率修正项、爱丁顿式（Einstein-Aether）模型以及对引力子传播的潜在修改，这些修正为理解暗能量和暗物质的本质提供了替代路径。 结语 本书在回顾经典物理概念的基础上，构建了现代$Lambda$CDM宇宙学的完整框架。通过对动力学、观测证据和理论前沿的系统梳理，我们希望读者能够对我们宇宙的起源、演化及其基本组成有深刻的理解。宇宙学仍是一个活跃的研究领域，未来新的观测和理论突破无疑将继续挑战和丰富我们对这个宏大图景的认识。

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