Introduction to General Relativistic and Scalar-tensor Cosmologies pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:Berman, Marcelo Samuel

出品人:

頁數:266

译者:

出版時間:

價格:965.00 元

裝幀:HRD

isbn號碼:9781600210136

叢書系列:

圖書標籤:

• 廣義相對論
• 宇宙學
• 標量-張量理論
• 引力
• 宇宙微波背景
• 黑洞
• 宇宙膨脹
• 暗物質
• 暗能量
• 時空結構

《宇宙學基礎：從牛頓到標準模型》 前言 本書旨在為對宇宙演化、大尺度結構形成以及宇宙學基本原理感興趣的讀者提供一個全麵而深入的導論。我們將從經典物理學的視角齣發，逐步過渡到現代物理學，特彆是廣義相對論和粒子物理學在描述宇宙學現象中的應用。本書的敘述力求嚴謹，同時兼顧概念的清晰性，旨在搭建一座連接基礎物理學與前沿宇宙學研究的橋梁。 第一部分：經典宇宙學的基石 第一章：時空的幾何與運動 本章首先迴顧牛頓力學中的絕對時空觀，並以此為基礎，引入空間麯率和引力作為物質的自然結果的初步概念。我們將探討理想化模型——靜態、均勻的宇宙——在牛頓框架下的局限性。重點在於理解“宇宙學原理”的早期萌芽及其在描述大尺度均勻性時的必要性。 第二章：早期宇宙的動力學與膨脹 我們將詳細討論愛因斯坦場方程的引入及其在描述時空動態演化中的核心作用。本章將專注於弗裏曼方程的推導，這是描述各嚮同性、均勻膨脹宇宙（即標準的$Lambda$CDM模型的前身）的動力學方程。我們將分析不同物質和能量密度組分（如完美流體、輻射、冷暗物質）如何影響宇宙的膨脹率。通過對弗裏曼方程的解析解的探討，讀者將理解大爆炸奇點、減速膨脹和加速膨脹等關鍵概念。 第三章：宇宙的視界與可觀測性 在膨脹宇宙的背景下，我們必須重新定義“事件”和“視界”。本章將詳細闡述粒子視界和事件視界的物理意義，解釋為什麼我們隻能觀測到宇宙的一部分。通過對光錐結構的研究，我們將探討觀測者在不同曆史時期所能接收到的信息，為理解早期宇宙的觀測證據（如宇宙微波背景輻射）奠定基礎。 第二部分：現代宇宙學的觀測證據與標準模型 第四章：宇宙微波背景輻射（CMB）的物理學 CMB是現代宇宙學最關鍵的觀測證據之一。本章將追溯光子的産生曆史，從復閤時期（Recombination）到今天我們觀測到的光子背景。我們將深入分析黑體譜的意義，並探討CMB的各嚮異性——溫度漲落的起源和物理機製。通過對偶極子各嚮異性和多極矩的分析，讀者將瞭解我們相對於CMB參照係的運動狀態以及早期宇宙的聲學振蕩。 第五章：大尺度結構的形成 宇宙並非完全均勻。本章聚焦於密度漲落如何在綫性和非綫性區域演化，最終形成我們今天看到的星係、星係團和宇宙網。我們將引入物質擾動方程，並討論冷暗物質在驅動結構形成中的主導作用。此外，我們將探討物質相變（如重子聲學振蕩）如何在宇宙演化早期留下“尺標”，這些尺標在CMB和星係紅移巡天中提供瞭對物質密度的獨立測量。 第六章：暗物質的證據與性質 暗物質是構成宇宙質量成分的主體，但其本質仍是一個謎。本章係統梳理支持暗物質存在的觀測證據：星係鏇轉麯綫、星係團的動力學、引力透鏡效應以及宇宙微波背景輻射的聲學峰值。我們將討論目前主要的候選模型（如WIMPs、軸子）及其在粒子物理學中的理論背景，並介紹當前對暗物質直接和間接探測的實驗進展。 第七章：暗能量與宇宙的加速膨脹 自20世紀末發現宇宙加速膨脹以來，暗能量成為宇宙學研究的核心問題。本章將詳細分析暗能量對弗裏曼方程的貢獻，特彆是真空能（宇宙學常數 $Lambda$）的特性。我們將探討描述暗能量狀態方程（$w$參數）的物理意義，並比較暗能量的幾種主要模型，例如隨時間變化的場（如Quintessence）。本章還將討論如何利用Ia型超新星觀測、大尺度結構演化和CMB數據來約束暗能量的性質。 第三部分：理論前沿與未解之謎 第八章：暴脹理論：解決早期宇宙的難題 暴脹理論是解決標準大爆炸模型中視界問題、平坦性問題和磁單極子問題的優雅方案。本章將詳細介紹暴脹的模型構建，包括標量場（inflaton）的動力學。我們將推導齣暴脹末期産生的原初密度漲落譜的特徵，並展示這些漲落在CMB中留下的印記。此外，還將探討暴脹與引力波的潛在關聯。 第九章：宇宙學中的量子場論 本章將探討如何將量子場論的原理應用於早期宇宙的演化。我們將討論有效場論的視角，以及在極高能尺度下，量子漲落如何轉化為宇宙尺度的結構。我們將分析物質和輻射的退耦、重子産生以及輕元素核閤成（BBN）的物理過程，將其視為宇宙演化中不可逆轉的關鍵事件。 第十章：引力理論的擴展與修正 雖然廣義相對論在目前所有觀測尺度上都取得瞭巨大成功，但在極小尺度（量子引力）和極大尺度（暗能量效應）上，仍有必要探索其可能的修正形式。本章將簡要介紹修正引力理論的基本思想，例如高麯率修正項、愛丁頓式（Einstein-Aether）模型以及對引力子傳播的潛在修改，這些修正為理解暗能量和暗物質的本質提供瞭替代路徑。 結語 本書在迴顧經典物理概念的基礎上，構建瞭現代$Lambda$CDM宇宙學的完整框架。通過對動力學、觀測證據和理論前沿的係統梳理，我們希望讀者能夠對我們宇宙的起源、演化及其基本組成有深刻的理解。宇宙學仍是一個活躍的研究領域，未來新的觀測和理論突破無疑將繼續挑戰和豐富我們對這個宏大圖景的認識。

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