大爆炸宇宙学

第一章　认识宇宙 1

一、宇宙距离的探测 1

二、层次性结构 5

三、宇宙学原理 8

四、宇宙的膨胀 10

五、热大爆炸的观念 13

第二章　膨胀的动力学 15

一、牛顿框架下的宇宙 15

二、引力与时空弯曲 18

三、均匀和各向同性的时空 20

四、膨胀的动力学 22

五、物质为主的宇宙 24

六、宇宙的年龄 26

第三章　宇宙的有限或无限 29

一、关于有限性的悖论 29

二、以密度为判据 30

三、以减速参量为判据 33

四、以宇宙年龄为判据 35

第四章　早期宇宙的概貌 38

一、辐射为主的早期宇宙 38

二、热平衡的高温气体 41

三、早期的膨胀 43

四、粒子的退耦 44

五、宇宙的视界 47

第五章　原初的核合成 50

一、原子核的合成过程 50

二、核合成的产物 52

三、氦、氘和锂的产额 54

四、原初丰度的推算 57

五、理论与实测的比较 59

六、中微子的种数 61

第六章　背景光子 64

一、光子的退耦 64

二、背景光子的发现与实测 66

三、检验宇宙学原理 67

四、找寻原初扰动 70

一、有没有反物质天体 72

第七章　物质与反物质的不对称 72

二、重子不对称疑难 74

三、重子数严格守恒吗？ 75

四、粒子与反粒子对称吗？ 78

五、产生重子不对称的可能机制 80

六、问题的现状 84

第八章　甚早期的爆胀 86

一、对称性的自发破缺 86

二、真空相变 89

三、宇宙甚早期的爆胀 91

四、视界疑难 93

五、星系形成疑难 95

六、平坦性疑难 96

七、爆胀理论可信吗？ 98

第九章　宇宙常数 100

一、爱因斯坦的错误 100

二、真空能与引力 101

三、真空能与宇宙常数 103

四、等效宇宙常数的实测上限 104

五、理论上的真空能 107

六、物理学危机 109

第十章　暗物质 112

一、星系的质光比与暗晕 112

二、星系团的质量 115

三、重子暗物质 117

四、Ω＝1的初步证据 118

五、非重子暗物质观念的来由 120

六、粒子暗物质 122

一、引力不稳定性 125

第十一章　结构的形成 125

二、膨胀宇宙中扰动的增长 128

三、重子宇宙中结团的困难 132

四、初始扰动谱 136

五、热暗物质为主的宇宙 138

六、冷暗物质为主的宇宙 140

七、新的挑战 141

附录一　宇宙学的自然单位制 144

附录二　有关的粒子物理量、天文学量和宇宙学量 147