现代物理基础丛书78：现代宇宙学 [Modern Cosmology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Scott，Dodelson 著，张同杰，于浩然 译

图书标签:

• 宇宙学
• 现代物理
• 物理学
• 天文学
• 相对论
• 大爆炸
• 宇宙起源
• 暗物质
• 暗能量
• 观测宇宙学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030495440

版次：1

商品编码：11966109

包装：平装

丛书名： 现代物理基础丛书77

外文名称：Modern Cosmology

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

页数：377

字数：475000

正文语种：中文

内容简介

　　《现代物理基础丛书78：现代宇宙学》开篇介绍了用Friedmann-Robertson-Walker（FRW）度规描述的平滑均匀宇宙，包括对暗能量、大爆炸原初核合成、再复合和暗物质的细致处理，从此处出发，读者被引入FRW宇宙的扰动：爱因斯坦—玻尔兹曼方程扰动的演化和由原初暴胀导致的扰动的产生及其观测结果。这些观测结果包括表征重子声学振荡（BAO）的峰值和极化的宇宙微波背景辐射（CMB）的各向异性谱，重子声学振荡的物质功率谱，及通过星系的测光巡天、红移空间畸变（RSD）、星系团数密度和弱引力透镜对密度扰动的探测。
　　《现代物理基础丛书78：现代宇宙学》结束于一个关于数据分析方法的长章节。
　　《现代物理基础丛书78：现代宇宙学》是第1本详细地解释以下性质的书：宇宙微波背景辐射的声学峰的结构；用于探测到原初引力波的E／B的极化分解，以及用于日益增加的大型宇宙学数据集合的数据分析技术。
　　通过《现代物理基础丛书78：现代宇宙学》，读者将会学到在宇宙学工作中需要的工具，了解到现代观测技术在我们对宇宙图景的认识和理解上产生了怎样的翻天覆地的革命性变化。
　　本书与当今宇宙学研究前沿结合紧密，适合理论物理和天文学以及相关专业研究生作为教材，也适合从事宇宙学研究的物理学和天文学相关专业科研人员和教师学习参考。

作者简介

　　张同杰，北京师范大学天文系教授、博士生导师，教育部新世纪人才获得者，中科院上海天文台天体物理学博士。曾在美国亚利桑那大学物理系和天文系访问合作和从事博士后研究。加拿大理论天体物理研究所（CITA）（多伦多大学）访问学者；美国加州大学伯克利分校（U.C.Berkeley）天文系和劳伦兹国家实验室（LBNL）高级访问学者。目前主要研究领域：宇宙学与相对论天体物理一早期宇宙与原初引力波：宇宙加速膨胀理论和观测与暗能量物理；宇宙学大尺度结构的数值模拟；搜寻地外文明研究（SETI）。在国际天体物理和物理核心期刊发表SCI学术论文80多篇。
　　
　　于浩然，加拿大理论天体物理研究所（CITA）《多伦多大学）博士后，北京大学科维理天文与天体物理研究所（KIAA）博士后，北京师范大学天文系天体物理学博士。主要研究领域：N体数值模拟；并行计算；宇宙大尺度结构数值模拟程序CUBEP3M的开发和优化；宇宙大尺度结构的形成、演化及其非高斯性；中微子宇宙学；暗物质和弱引力透镜；暗能量和宇宙的加速膨胀；宇宙学数据的分析方法。

内页插图

目录

第1章 标准（宇宙学）模型及其他
1．1 膨胀的宇宙
1．2 哈勃图
1．3 大爆炸核合成
1．4 宇宙微波背景辐射
1．5 超*标准模型
1．6 小结
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第2章 均匀膨胀的宇宙
2．1 广义相对论
2．1．1 度规
2．1．2 测地线方程
2．1．3 爱因斯坦场方程
2．2 距离
2．3 能量的演化
2．4 宇宙的组成
2．4．1 光子
2．4．2 重子
2．4．3 物质
2．4．4 中微子
2．4．5 暗能量
2．4．6 物质{辐射密度相等时期
2．5 小结
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第3章 超越平衡态
3．1 湮灭过程的玻尔兹曼方程
3．2 大爆炸核合成
3．2．1 中子丰度
3．2．2 轻元素的丰度
3．3 再复合
3．4 暗物质
3．5 小结
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第4章 玻尔兹曼方程
4．1 谐振子的玻尔兹曼方程
4．2 光子的无碰撞玻尔兹曼方程
4．2．1 零阶玻尔兹曼方程
4．2．2 一阶玻尔兹曼方程
4．3 碰撞项：康普顿散射
4．4 光子的玻尔兹曼方程
4．5 冷暗物质的玻尔兹曼方程
4．6 重子物质的玻尔兹曼方程
4．7 小结
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第5章 爱因斯坦场方程
5．1 扰动后的里奇张量和里奇标量
5．1．1 克氏符
5．1．2 里奇张量
5．2 爱因斯坦场方程的两个分量
5．3 张量扰动
5．3．1 张量扰动的克氏符
5．3．2 张量扰动的里奇张量
5．3．3 张量扰动的爱因斯坦场方程
5．4 模式分解理论
5．5 规范的选择
5．6 小结
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第6章 宇宙早期的初始条件
6．1 早期宇宙的爱因斯坦{玻尔兹曼方程
6．2 视界
6．3 暴胀
6．3．1 解决视界疑难
6．3．2 负压强
6．3．3 标量场的引入
6．4 引力波的产生
6．4．1 简谐振子的量子化
6．4．2 张量扰动
6．5 标量扰动
6．5．1 均匀背景下的标量场扰动
6．5．2 超视界扰动
6．5．3 空间平滑规范
6．6 总结和谱指数
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第7章 非均匀性
7．1 引言
7．1．1 宇宙演化的三个阶段
7．1．2 分析方法
7．2 大尺度的非均匀性
7．2．1 大尺度的超视界解
7．2．2 大尺度穿越视界
7．3 小尺度的非均匀性
7．3．1 小尺度穿越视界
7．3．2 小尺度亚视界的演化
7．4 数值解和拟合
7．5 增长函数
7．6 冷暗物质之外
7．6．1 重子物质
7．6．2 大质量中微子
7．6．3 暗能量
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第8章 各向异性
8．1 概要
8．2 大尺度的各向异性
8．3 声学振荡
8．3．1 强耦合极限下的玻尔兹曼方程
8．3．2 强耦合极限的解
8．4 扩散阻尼
8．5 从非均匀性到各向异性
8．5．1 自由流动
8．5．2 Cl
8．6 各向异性谱
8．6．1 Sachs-Wolfe效应
8．6．2 小尺度的各向异性谱
8．7 宇宙学参量
8．7．1 曲率
8．7．2 参数的简并
8．7．3 独特的印记
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第9章 非均匀性的的探测
9．1 角相关函数
9．2 本动速度
9．3 本动速度的直接测量
9．4 红移空间畸变
9．5 星系团
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第10章 弱引力透镜与极化
10．1 图像的引力畸变
10．2 测地线与剪切
10．3 作为剪切估计量的椭率
10．4 弱引力透镜的功率谱
10．5 极化：四极矩与Q／U分解
10．6 来自单色平面波的极化
10．7 玻尔兹曼方程的解
10．8 极化功率谱
10．9 引力波的探测
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第11章 数据分析方法
11．1 似然函数
11．1．1 简单的例子
11．1．2 CMB似然函数
11．1．3 星系巡天
11．2 信号的协方差矩阵
11．2．1 CMB窗函数
11．2．2 CMB窗函数的例子
11．2．3 星系巡天的窗函数
11．2．4 总结
11．3 似然函数的估计
11．3．1 Karhunen-Loeve技术
11．3．2 zui优二次估计量
11．4 Fisher矩阵
11．4．1 CMB
11．4．2 星系巡天
11．4．3 预测
11．5 成图和反演
11．6 系统问题
11．6．1 前景
11．6．2 模式去除
推荐读物
练习

附录A 习题参考答案
附录B 基本常数
B．1 物理学中的一些常数
B．2 宇宙学中的一些常数
附录C 特殊函数
C．1 勒让德多项式
C．2 球谐函数
C．3 球贝塞尔函数
C．4 傅里叶变换
C．5 其他特殊函数
附录D 符号表

参考书目
索引

前言/序言

　　当今宇宙学在两个方面使之比以往更具魅力。其一是海量的观测数据。我们对宇宙结构的认识如何快速地进步，从绘制全天图的星系巡天中可见一斑。1985年，水平的巡天由美国哈佛史密松天体物理中心（CfA）实施，当时该巡天只包含了1100个星系的位置。而今天的斯隆（SDSS）和2度视场（2DF）巡天已经记录了50万个星系的3维位置信息。
　　另一方面，现代宇宙学在理解宇宙方面区别于以往的成就在于我们已经发展了一套与观测数据定量符合的自治理论框架。这两方面的特征是现代宇宙学令人兴奋的奥秘之处：我们有理论可以做出预言，同时这些预言又可以被观测检验。
　　理解理论的实质以及它做出的预言是举足轻重的。首先，许多理论预言是统计性的。我们无法预测宇宙微波背景（CMB）在RA-15h，dec-27。处是否存在高温点，相反能预测这些高温和低温点的分布和量级大小。其次，这些预言及其理论基础涉及经历大量物理演化步骤的、来自广泛的物理学范畴的许多讨论结果。例如，我们将会看到：CMB中热点和冷点的分布依赖于量子力学、广义相对论、流体动力学和光与物质的相互作用。因此我们确实需要遵循大议会众成员的第1个格言：在做出判断之前需要耐心谨慎（凡事三思而后行）。的确，对宇宙中结构的基本测量一物质和辐射的功率谱一与目前的宇宙学理论符合得相当好，然而，直到第7章和第8章，我们才能掌握必要的工具来完全理解这种一致性。清醒的头脑总是懂得在对如同理解我们的宇宙所必备的崇高想法做出评判之前要耐心谨慎。对“保持耐心谨慎”这个主题的现代理解是在我们能够正确评价目前的宇宙学模型的成功之前需要建立一套基本的框架（详见第1～6章）。
　　随机地翻开这本书的一页，你（读者）将会看到我已经尽全力去实施第二条格言。在这里可以看到有助于理解的常识性和定性的讨论，但本书的主要目的是提供给你（读者）开始学习宇宙学、进行独立计算的工具，并且能够从第1原理出发领会宇宙学的思想。一旦你（读者）掌握了这些工具，你将为基本理论模型的任何变化做好了准备。例如，本书的大部分基于这样一个看法，即暴胀创生了我们今天所看到的宇宙结构。如果这证明是错误的，第4、5章发展的研究扰动的方法，以及本书后半部分描述的观测和分析技术仍将恰当可靠。一个更醒目的例子是，本书所有部分都假设宇宙中存在三维空间。这似乎是一个合理的假设（至少对我而言），但是今天许多天体物理学家正在探讨额外维在宇宙早期可能已经起作用的可能性。即便额外维确实证明是重要的，扰动仍需在我们的三维膜上演化和观测，这里发展的工具仍将适用。

现代物理基础丛书78：现代宇宙学 [Modern Cosmology] 丛书总序： 本丛书旨在系统梳理和深入介绍二十世纪以来现代物理学的核心理论与前沿进展。从量子力学的基础框架到广义相对论的宏大图景，再到粒子物理学的标准模型，我们力求为读者提供一个全面、精确且富有洞察力的知识体系。丛书的每一卷都由特定领域的资深学者撰写，确保内容的科学严谨性、逻辑连贯性与学术前沿性。通过这一系列的著作，我们希望搭建起连接基础理论与尖端研究的桥梁，激发新一代物理学家的探索精神。 --- 现代物理基础丛书78：现代宇宙学 [Modern Cosmology] 作者： [此处应填写本书的实际作者姓名，为保持客观性，此处留空] 主题： 探索宇宙的起源、演化、结构与最终命运的科学分支。 内容简介： 《现代宇宙学》是“现代物理基础丛书”中的重要一卷，它全面、深入地阐述了自二十世纪初爱因斯坦提出广义相对论以来，宇宙学如何从一门思辨性哲学分支，蜕变为一门以精确观测和严格理论为基础的实验科学。本书不仅仅是对宇宙学知识的罗列，更是对支撑现代宇宙学大厦的四大支柱——广义相对论、暴胀理论、宇宙微波背景辐射（CMB）以及暗物质/暗能量模型——的详尽剖析。 本书的叙事结构力求逻辑清晰，从宏观的理论基础出发，逐步过渡到具体的观测证据和前沿的未解之谜。 第一部分：理论基石与早期宇宙模型 本部分聚焦于奠定现代宇宙学框架的理论基础。首先，本书详细回顾了广义相对论在宇宙学中的应用，特别是弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规的推导及其物理解释。读者将理解均匀性与各向同性假设（宇宙学原理）如何在物理学中得以确立，以及这些假设如何直接导向膨胀宇宙的概念。 随后，内容深入到大爆炸理论（Big Bang Theory）的核心。本书细致地阐述了宇宙的早期阶段，包括普朗克时期、暴胀时期、夸克-胶子等离子体时期，直至夸克简并和核合成的形成。其中，对暴胀模型（Inflationary Cosmology）的讨论占据重要篇幅，解释了暴胀如何有效地解决了经典大爆炸模型中遗留的视界问题、平坦性问题以及磁单极子问题。书中对不同暴胀势能模型的数学描述和实验可检验性进行了深入比较。 第二部分：宇宙微波背景辐射——宇宙的“婴儿照片” 宇宙微波背景辐射（CMB）被誉为现代宇宙学的“圣杯”。本部分系统地回顾了CMB的发现历程、物理起源及其作为早期宇宙快照的不可替代的价值。 书中详述了从复合期（Recombination）到光子脱耦的过程，并深入分析了CMB谱线的黑体辐射特性。重点在于对CMB的各项异性（Anisotropy）的讨论：这些微小的温度涨落是物质如何在早期宇宙中播下结构化种子的关键线索。本书运用玻尔兹曼方程，详细推导了声子振荡模式（Acoustic Peaks）的形成机制，并解释了这些峰值如何成为精确测量宇宙学参数（如物质密度、曲率和哈勃常数）的强大工具。对MAP、WMAP和Planck等卫星任务的观测数据分析方法进行了深入介绍。 第三部分：结构形成与宇宙演化 在理解了早期宇宙的均匀背景之后，本书转向物质如何在引力作用下，从微小的量子涨落发展为我们今天观测到的星系、星系团和宇宙网。 这一部分详细讨论了线性与非线性引力不稳定理论，解释了物质密度扰动如何随时间演化。 暗物质的作用是本章的核心议题之一。本书全面审查了支持冷暗物质（CDM）模型的观测证据，包括星系旋转曲线、引力透镜效应和星系团动力学，并讨论了替代性暗物质理论的局限性。 随后，章节过渡到大尺度结构（Large Scale Structure, LSS）的数值模拟，特别是N体模拟，展示了宇宙网的形成过程。读者将了解到如何通过功率谱（Power Spectrum）和双星关联函数（Two-Point Correlation Function）等工具，将理论预测与星系巡天数据（如SDSS、DESI）进行比对。 第四部分：暗能量与宇宙的最终命运 本书的后半部分聚焦于20世纪末最令人震撼的发现之一：宇宙加速膨胀，以及与之相关的暗能量谜题。 书中详细分析了Ia型超新星观测如何揭示了宇宙的加速膨胀，并引入了宇宙学常数 ($Lambda$) 及其在FLRW方程中的作用。本书对各种暗能量模型进行了批判性评估，包括精质（Quintessence）模型和修改引力理论。对暗能量状态方程（$w$参数）的观测约束及其对未来宇宙演化的预测，是本章的重点。 最后，本书总结了当前宇宙学中的主要未解问题，包括哈勃张力（Hubble Tension）、暗物质的粒子性质、暴胀的精确机制，以及宇宙学的基本原理是否需要进一步修正。它引导读者思考宇宙学的前沿方向，为未来研究指明了道路。 本书特色： 1. 数学严谨性： 提供了从基础张量分析到场方程求解的详细数学推导，但同时辅以直观的物理图像解释。 2. 观测与理论的紧密结合： 每项理论进展都紧密对应于关键的实验观测证据，强调了宇宙学作为一门实验科学的地位。 3. 现代视野： 全面涵盖了从CMB到暗能量的最新进展，尤其关注当前学术界争论的热点问题。 目标读者： 本书适合物理学、天文学及相关工程学科的高年级本科生、研究生，以及希望系统性更新知识体系的科研人员和专业爱好者。阅读本书需要具备广义相对论和经典场论的基础知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直觉得宇宙学是个特别迷人的学科，但又觉得它离我们普通人太遥远了，各种名词和公式都让我望而却步。《现代宇宙学》这本书完全颠覆了我的这种想法。它没有用枯燥的数学推导轰炸我，也没有用晦涩的专业术语堆砌，而是从我们最熟悉的生活经验出发，一点点揭示宇宙的秘密。就像书中讲述宇宙的尺度时，用地球到太阳的距离，太阳系的大小来类比，一下子就让我有了概念。讲到宇宙的年龄，也用我们熟悉的“一天”、“一年”来打比方，让我觉得那么古老的宇宙，竟然也能如此具体地被感知。更让我惊喜的是，书中还探讨了生命在宇宙中存在的可能性，这绝对是我最感兴趣的部分！外星生命真的存在吗？如果存在，它们会是什么样子？这本书并没有给出一个确定的答案，而是通过对行星形成、宜居带等的介绍，引导我去思考，去想象。读完这本书，我感觉宇宙不再是遥不可及的冰冷空间，而是充满无限可能性的奇妙舞台，而我们人类，也是其中渺小而又独特的存在。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！从孩童时代起，我就对浩瀚的星空充满了好奇，总想着那些遥远的星系是如何形成的，宇宙究竟有没有边界？《现代宇宙学》这本书正好满足了我一直以来的求知欲。它不像某些科普读物那样，仅仅是罗列一些冰冷的数据和概念，而是用一种非常生动、引人入胜的方式，带领读者一同探索宇宙的奥秘。书中对宇宙大爆炸理论的阐述，简直就像在描绘一幅壮丽的史诗画卷，从最初的奇点到如今千姿百态的星系，每一步都充满了令人惊叹的细节。我尤其喜欢书中关于暗物质和暗能量的章节，这些神秘的“看不见”的成分，竟然占据了宇宙的大部分，这让我对我们所认识的物质世界产生了全新的思考。作者在解释这些复杂概念时，巧妙地运用了许多形象的比喻和类比，即使是像我这样没有深厚物理背景的读者，也能轻松理解。读完之后，我感觉自己仿佛站在了宇宙的边缘，俯瞰着这一切，那种渺小与宏大交织在一起的感觉，真是难以言喻。这本书不仅增长了我的知识，更点燃了我对宇宙探索的热情，让我对未来的科学发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

我对《现代宇宙学》这部作品的评价，可以用“震撼”二字来概括。它所呈现的宇宙图景，远超我之前的任何想象。书中对宇宙学的历史演进的梳理，让我看到了人类探索宇宙的艰辛历程，从古人对星辰的朴素观测，到现代物理学理论的建立，每一步都凝聚着先贤的智慧和不懈的努力。而当读到现代宇宙学如何通过精确的观测数据，去验证和修正理论时，我更是被深深地吸引。特别是关于宇宙的“热寂”与“大挤压”等不同命运的预测，让我对宇宙的未来产生了深深的敬畏。书中关于引力波的介绍，更是让我感到无比兴奋，这项革命性的观测手段，为我们打开了观察宇宙的全新窗口，预示着宇宙学研究将进入一个全新的时代。作者在行文过程中，始终保持着一种严谨而又充满激情的笔调，既有科学的客观性，又不乏人文的关怀。读这本书，不单单是知识的获取，更是一种精神的洗礼，让我更加谦卑地审视自身在浩瀚宇宙中的位置。

评分☆☆☆☆☆

《现代宇宙学》这本书，给我带来的感受是“开阔”。在阅读之前，我对宇宙的认知，大概停留在中学课本里“地球、太阳、月亮”这个简单的模型上。这本书则像一把钥匙，打开了一扇通往全新世界的大门。它让我明白了，我们所处的宇宙，远比我想象的要复杂、要宏大得多。书中对不同宇宙学模型的介绍，比如稳态模型、膨胀模型等，让我了解了科学家们是如何一步步逼近宇宙真相的。尤其对宇宙膨胀的论证，通过红移现象的解释，让我豁然开朗。让我感到有趣的是，书中还涉及了多重宇宙的可能性，这简直太颠覆我的认知了！虽然目前还只是理论推测，但光是想想就觉得充满了科幻色彩。这本书没有回避那些我们尚未解答的谜团，反而将它们作为引子，鼓励读者继续探索。读完之后，我感觉自己的视野被极大地拓展了，对宇宙的理解也更加立体和多元，不再是那个狭隘的地球中心论，而是能够将目光投向更远、更广阔的星辰大海。

评分☆☆☆☆☆

我近期有幸拜读了《现代宇宙学》这部巨著，实在是受益匪浅。作为一名对物理学有浓厚兴趣的业余爱好者，我一直渴望能深入了解宇宙学的最新研究成果。《现代宇宙学》恰好能满足我这一需求。它以极其严谨的学术态度，系统地介绍了现代宇宙学的基本理论框架、核心概念以及前沿研究进展。书中对宇宙的膨胀、宇宙微波背景辐射、大尺度结构形成等关键问题的阐释，都力求详实且深入。我尤其欣赏作者在处理那些高度抽象的理论时，能够将其与最新的观测数据紧密结合，使得读者在理论学习的同时，也能感受到宇宙学研究的实践性与活力。例如，在讨论宇宙加速膨胀时，书中详细列举了Ia型超新星、CMB等观测证据，并分析了暗能量的不同模型，这种严谨的论证过程让我印象深刻。此外，书中还涉及了宇宙学中的一些未解之谜，如宇宙的起源、未来的命运等，这不仅激发了我的思考，也让我对未来的科学探索方向有了更清晰的认识。总而言之，这本书是一部兼具深度与广度，理论与实践并重的优秀著作，是任何希望深入了解现代宇宙学的人不可多得的读物。

评分☆☆☆☆☆

这是买第二本了，就冲儿子的学习劲头，必须点赞！

评分☆☆☆☆☆

书很棒，只是最好有个外包装哦，总体还是挺好的^_^

评分☆☆☆☆☆

相对论搞了这么的一大本儿，面面俱到，充满相对论理念。

评分☆☆☆☆☆

宝贝不错，物有所值，还是正版的

评分☆☆☆☆☆

还没开封。。。。。。

评分☆☆☆☆☆

挺难，慢慢看

评分☆☆☆☆☆

还行吧，值这个价，不错

评分☆☆☆☆☆

一本好书！值得一看！

评分☆☆☆☆☆

非常好，包装完美，内容经典