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第一章绪论-课程介绍
简要介绍课程的授课内容,参考教材与文献以及考核方式
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●1.1课程内容与目标
知道需要掌握的内容
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●1.2参考教材与文献
学会检索科学文献
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第二章广义相对论回顾
主要回顾广义相对论的基本内容以及介绍广义相对论下宇宙学的基本内容
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●2.1相对论的历史
广义相对论之前的发展历史
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●2.2广义相对论的基本内容
相对论基本假设与爱因斯坦引力场方程
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●2.3宇宙学基本介绍
总体介绍宇宙学基本内容
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●2.4宇宙学原理与FRW度规
宇宙学基本假设及其导出的度规形式
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●2.5宇宙运动学
FRW度规的应用
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●2.6宇宙动力学
宇宙学红移与哈勃定律
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●2.7弗里德曼(Friedmann)方程与宇宙背景演化
弗里德曼(Friedmann)方程的形式及求解
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第三章热大爆炸
主要介绍了宇宙热历史的各个阶段,包括早期宇宙的各个物理过程,以及宇宙后期的几个重要演化阶段
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●3.1早期宇宙
早期宇宙的各种高能物理过程
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●3.2大爆炸火球介绍
相对低能的各种物理过程
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●3.3辐射主导的宇宙与热历史的出发点
辐射主导时期宇宙的背景演化与宇宙膨胀速率粒子相互作用速率的比较
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●3.4热力学(1)—分布函数
宇宙学背景下的分布函数的
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●3.5热力学(2)—热平衡与有效粒子数
热平衡的条件以及有效粒子数的计算
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●3.6热力学(3)—熵
熵的计算
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●3.7弱电相变,中微子退耦与正负电子电子湮灭
三种过程的起因,物理结果与相关的温度演化
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●3.8原初核合成
原初核合成的基本估算与各元素相对丰度
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第四章宇宙学扰动理论
宇宙学扰动理论的基本内容
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●4.1扰动理论的历史
扰动理论的创立者
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●4.2宇宙学扰动理论的含义与图像
什么是宇宙学扰动理论
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●4.3度规的扰动与旋度分解
SVT分解
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●4.4规范变化与规范选取
规范变换与实际自由度的问题
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●4.5物质的扰动
能动张量的扰动分解
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●4.6场方程的扰动
将度规和物质的扰动应用到场方程
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●4.7宇宙学里的统计性质
统计学在宇宙学中的简单应用
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●4.8扰动后的能量守恒方程
零阶与一阶能量守恒方程的表达式
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●4.9扰动后的爱因斯坦方程
零阶与一阶爱因斯坦方程的表达式
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●4.10宇宙学所用的统计学知识
关联函数,功率谱与Wick定理
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第五章玻耳兹曼方程
介绍玻耳兹曼方程在宇宙学背景下的推导,物理含义,以及应用。
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●5.1玻耳兹曼方程的整体介绍
玻耳兹曼方程的描述对象
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●5.2玻耳兹曼方程的宇宙学应用
玻耳兹曼方程与宇宙学的结合
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●5.3无质量粒子的无碰撞玻耳兹曼方程(1)
基本表达式及速度项的展开
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●5.4无质量粒子的无碰撞玻耳兹曼方程(2)
动量导数项与动量方向导数项的展开
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●5.5无质量粒子的无碰撞玻耳兹曼方程(3)
零阶与一阶方程的表达式
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●5.6光子的玻耳兹曼方程
与康普顿散射对应的碰撞项的表达式
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●5.7冷暗物质(CDM)的玻耳兹曼方程
CDM与相对论性粒子的区别
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●5.8重子的玻耳兹曼方程与玻耳兹曼方程的总结
复杂碰撞项的处理方程
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第六章暴胀
暴胀的物理动机,背景动力学,以及原初量子涨落
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●6.1标准宇宙学的疑难
标准宇宙学的两个著名疑难
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●6.2暴胀的基本物理图像
暴胀解决标准宇宙学疑难的基本图像
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●6.3大爆炸疑难以及对疑难的解决(1)
粒子视界,哈勃半径的演化以及几种疑难
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●6.4大爆炸疑难以及对疑难的解决(2)
标准的暴胀宇宙学介绍
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●6.5慢滚暴胀模型
慢滚暴胀所用标量场的基本知识
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●6.6量子涨落基本图像
量子涨落的基本物理以及CMB的观测限制
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●6.7扰动在哈勃视界外的守恒
哈勃视界内与外扰动方程的不同
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●6.8曲率扰动的定义
引入的意义与基本表达式
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●6.9曲率扰动的演化方程
作用量表达式与运动方程的推导
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●6.10量子扰动
扰动的量子化方法
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●6.11标量扰动的功率谱
标量功率谱的推导
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●6.12原初引力波的功率谱
引力波功率谱的推导
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第七章非均匀性
宇宙大尺度结构的演化
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●7.1总体图像
扰动进哈勃视界出哈勃视界的过程
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●7.2扰动演化的基本介绍
直观展示标量扰动,原初引力波的演化行为
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●7.3早期宇宙的玻尔兹曼方程
视界外玻耳兹曼方程的简化
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●7.4大尺度结构的演化(1)
大尺度扰动的超视界演化
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●7.5大尺度结构的演化(2)
大尺度扰动穿越哈勃视界的演化
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●7.6小尺度结构的演化(1)
小尺度扰动穿越哈勃视界的演化
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●7.7小尺度结构的演化(2)
小尺度扰动的亚视界演化
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●7.8转移函数与增长因子
转移函数与增长因子的定义以及物理含义
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●7.9物质功率谱
物质功率谱的表达式
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第八章各向异性
宇宙微波背景辐射的演化
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●8.1什么是宇宙微波背景辐射(CMB)(1)
CMB的含义
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●8.2什么是宇宙微波背景辐射(CMB)(2)
光子的最后散射面与CMB的起源
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●8.3当今CMB的观测
三大CMB实验的观测结果
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●8.4光子自由流的传播(1)
自由传播过程玻耳兹曼方程的基本表达式
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●8.5光子自由流的传播(2)
自由传播过程玻耳兹曼方程中各项的物理含义
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●8.6玻耳兹曼方程的紧耦合极限
紧耦合极限的物理含义以及在这一极限下方程的求解
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●8.7大尺度与小尺度的演化
大尺度下的CMB演化方程,以及声学振荡,散射衰减过程
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●8.8定义可观测量与今天的各向异性谱
CMB功率谱的球谐函数展开
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第九章非高斯性
宇宙学扰动非高斯性特征的物理起源与演化
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●9.1非高斯性的含义
非高斯性的物理图像
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●9.2非高斯性的表达式
认识几种极限下的情况
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●9.3in in formalism对非高斯性的计算
in in formalism的物理含义及计算方法
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●9.4ADM formalism在非高斯性中的应用
ADM formalism的导出与处理方法
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第十章反弹宇宙学
了解反弹宇宙学所解决的基本问题以及反弹宇宙的基本图像与理论模型
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●10.1暴胀宇宙学的疑难
暴胀宇宙学的奇异性疑难
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●10.2反弹宇宙学的基本图像
反弹宇宙基本的物理过程与实现手段
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●10.3反弹宇宙学的基本理论模型
几种反弹宇宙模型
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●10.4可行的反弹宇宙模型的构建(1)
构造反弹宇宙模型的挑战
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●10.5可行的反弹宇宙模型的构建(2)
避免梯度不稳定性的方法及一些基本的数值结果
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第十一章重加热
了解宇宙重加热过程的基本物理图像,处理方法与基本模型。
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●11.1为什么需要宇宙重加热过程
宇宙重加热理论的物理动机
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●11.2基本物理描述
马修方程与参数共振
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●11.3宇宙重加热过程的数学建模
格点法模拟重加热过程
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第十二章拓扑缺陷
宇宙拓扑缺陷的成因,物理图像与理论模型
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●12.1拓扑缺陷的物理含义
什么是拓扑缺陷及物理图像
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●12.2宇宙相变过程
拓扑缺陷的成因
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●12.3宇宙弦
宇宙弦的物理图像与基本理论模型
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●12.4对宇宙弦的观测限制
宇宙弦所导致的观测效应