引力与宇宙学

课程编码：070401M04008H 英文名称：Gravitation and Cosmology 课时：72 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：陆由俊等

本课程为天文学科各专业博士、硕士研究生的专业核心课程，星系宇宙学方向研究生的必修课，同时也可作为物理专业研究生、物理和天文专业高年级本科生的选修课。本课程主要介绍广义相对论引力理论和标准宇宙学模型, 内容为广义相对论和现代宇宙学的基本理论和实验观测，包括广义相对论基础、宇宙的膨胀、宇宙的热历史、宇宙学模型的观测检验、宇宙大尺度结构和星系形成的基本理论及观测检验、以及引力波理论、实验和引力波天体物理的最新发展前沿等。通过本课程的学习，希望学生能够基本掌握广义相对论的基础理论、现代宇宙学中的基本概念、理论模型、主要观测方法和重要结果，了解宇宙学主要的研究手段、未解决的问题和研究方向，明了引力波的理论基础、实验探测和发展前沿，为进一步学习天体物理、理论物理和进行宇宙学、星系形成演化和引力波天体物理方面的专业研究打下基础。

理论力学、电动力学和狭义相对论、量子力学、统计力学、数学物理方法

第一章 引论、人类对宇宙的认识过程 陆由俊
第1节 引论、人类对宇宙的认识过程 1学时
第二章 广义相对论时空理论简介 陆由俊
第1节 相对论和时空 2学时
第2节 等效原理、相对性原理 2学时
第3节 张量分析、度规、测地线方程、时空曲率张量 2学时
第4节 Einstein场方程 2学时
第三章 广义相对论的真空解－黑洞，引力波 陆由俊
第1节 史瓦西黑洞 2.5学时
第2节 Kerr黑洞 2.5学时
第3节 引力波的平面波解、引力波在宇宙中的传播 1学时
第四章 宇宙的膨胀和宇宙学模型 陆由俊
第1节 宇宙学原理 2学时
第2节 Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker 度规 2学时
第3节 宇宙膨胀的动力学-标准模型、宇宙组分 2学时
第4节 暗物质与暗能量、Hubble常数、宇宙命运、宇宙学红移、宇宙距离、AP-检验、以及宇宙学模型的观测检验等 3学时
第五章 宇宙的热历史 陆由俊
第1节 宇宙微波背景黑体辐射的理论和观测历史 2学时
第2节 基本粒子、统计平衡态下的理想流体、热平衡与光子和中微子退耦、宇宙再复合 3学时
第3节 微波背景－黑体辐射、SZ效应、COBE、WMAP、PLANCK和SPT、ACT等的最新观测 3学时
第六章 原初核合成 陆由俊
第1节 原初核合成的链式反应 2学时
第2节 原初核丰度 1学时
第3节 弱相互作用暗物质粒子的退耦和丰度 1学时
第七章 暴胀宇宙学 陆由俊
第1节 标准宇宙学模型的几个疑难问题 1学时
第2节 暴胀宇宙 1学时
第3节 慢滚模型 0.5学时
第4节 原初扰动 0.5学时
第八章 宇宙大尺度结构的基本理论 陆由俊
第1节 线性扰动理论 3学时
第2节 Zeldo’vich近似 1学时
第3节 相对论性扰动理论简介、转移函数 1学时
第4节 大尺度结构的平均场统计理论、相关函数、扰动谱的归一化 1学时
第九章 宇宙大尺度结构的观测检验和关键问题 陆由俊
第1节 相关函数的测量 1学时
第2节 微波背景各项异性谱 1学时
第3节 星系功率谱测量 1学时
第4节 重子声波振荡 1学时
第十章 非线性扰动理论、宇宙结构形成和暗物质晕 陆由俊
第1节 非线性演化和球坍缩模型 3学时
第2节 PS公式理论体系、暗物质晕的并合树 3学时
第3节 暗物质晕的结构 2学时
第十一章 引力透镜 陆由俊
第1节 引力透镜原理 1学时
第2节 强、弱、微引力透镜 1学时
第3节 引力透镜的宇宙学应用 1学时
第十二章 星系形成演化和观测检验 陆由俊
第1节 星系和活动星系简介 1.5学时
第2节 星系形成包含的各种物理过程 1.5学时
第十三章 哈勃常数、暗物质、暗能量前沿讨论 陆由俊
第1节 哈勃常数 1学时
第2节 暗物质 1学时
第3节 暗能量 1学时
第十四章 引力波探测、引力波天体物理和引力波宇宙学 陆由俊
第1节 引力波天体物理源－双黑洞并合、双致密星并合 2学时
第2节 原初引力波 1学时
第3节 引力波探测实验－地基、空间、脉冲星计时阵列、原初引力波探测 2学时
第4节 引力波本质和引力波宇宙学 1学时

陆由俊，国家天文台研究员，http://people.ucas.ac.cn/~luyj
曹亮，国家天文台研究员http://people.ucas.ac.cn/~0030705
闫昌硕，国家天文台研究员，http://people.ucas.ac.cn/~yancs