本书提供了现代宇宙学领域的详细介绍。开篇由FLRW度规描述均匀膨胀的宇宙学模型，包括对暗能量、大爆炸核合成、氢复合和暗物质的细致处理。由此出发，本书引入了在均匀膨胀宇宙中的微扰——它们的演化如何由Einstein-Boltzmann方程组描述，它们如何由宇宙早期的暴胀产生，以及它们产生怎样的观测效应：CMB中的声学峰、偏振分析中的E/B模式分解、CMB中的弱引力透镜和宇宙大尺度结构，以及BAO标准尺和星系成团性中的红移空间畸变效应。第二版还涵盖了非线性结构形成内容，包括微扰论和数值模拟方法。本书结束于一个经大幅更新的数据分析章节。本书展示了现代观测技术如何迅速刷新我们对宇宙的理解，并提供给读者大量宇宙学研究所需的工具。本书可供天文学、天体物理学和宇宙学等专业的研究生和高年级本科生学习，也可作为宇宙学领域科研人员的参考用书。

第1章 标准宇宙学模型
1.1 宇宙简史
1.2 Hubble图
1.3 大爆炸核合成
1.4 宇宙微波背景辐射
1.5 宇宙大尺度结构
1.6 ACDM宇宙学模型
1.7 总结与展望
习题
第2章 膨胀的宇宙
2.1 空间的膨胀
2.1.1 度规
2.1.2 测地线方程
2.2 距离
2.3 能量的演化
2.4 宇宙的能量组分
2.4.1 光子
2.4.2 重子
2.4.3 暗物质
2.4.4 中微子
2.4.5 物质-辐射相等时期
2.4.6 暗能量
2.5 小结
习题
第3章 宇宙学的基本方程
3.1 Einstein场方程
3.2 Boltzmann方程
3.2.1 谐振子的Boltzmann方程
3.2.2 膨胀宇宙中的Boltzmann方程
3.2.3 Boltzmann方程中的碰撞项
3.3 非均勾宇宙中的Boltzmann方程
3.3.1 时空的微扰
3.3.2 测地线方程的微扰
3.3.3 福射的无碰撞Boltzmann方程
3.3.4 静质量非零粒子的无碰撞Boltzmann方程
3.4 小结
习题
第4章 宇宙组分的起源
4.1 回顾均匀宇宙的Boltzmann方程
4.2 大爆炸核合成
4.2.1 中子丰度
4.2.2 轻元素丰度
4.3 氢复合
4.4 暗物质
4.5 小结
习题
第5章 非均匀的宇宙：物质和辐射
5.1 光子的无碰撞Boltzmann方程
5.2 碰撞项：Compton散射
5.3 光子的Boltzmann方程
5.4 冷暗物质的Boltzmann方程
5.5 重子的Boltzmann方程
5.6 中微子的Boltzmann方程
5.7 小结
习题
第6章 非均匀的宇宙：引力
6.1 标量-矢量-张量分解
6.2 规范的选择
6.3 标量扰动的Einstein场方程
6.3.1 Ricci张量
6.3.2 场方程的两个分量方程
6.4 张量扰动
6.4.1 张量扰动的克氏符
6.4.2 张量扰动的Ricci张量
6.4.3 张量扰动的Einstein场方程
6.4.4 模式分解定理的验证
6.5 小结
习题
第7章 初始条件
7.1 视界疑难的解决
7.2 暴胀
7.3 原初引力波的产生
7.3.1 谐振子的量子化
7.3.2 张量扰动
7.4 标量扰动的产生
7.4.1 均匀背景下的标量场扰动
7.4.2 超视界扰动
7.4.3 空间平直规范
7.5 早期宇宙的Einstein-Boltzmann方程
7.6 小结
习题
第8章 大尺度结构的形成：线性理论
8.1 引言
8.1.1 扰动演化的三个阶段
8.1.2 求解思路
8.2 大尺度求解
8.2.1 超视界解
8.2.2 大尺度进入视界
8.3 小尺度求解
8.3.1 小尺度进入视界
8.3.2 亚视界演化
8.4 转移函数
8.5 增长因子
8.6 结构形成的其他因素
8.6.1 重子
8.6.2 中微子质量
8.6.3 暗能量
8.7 小结
习题
第9章 CMB的各向异性
9.1 概述
9.2 大尺度各向异性
9.3 重子声学振荡
9.3.1 强耦合极限下的Boltzmann方程
9.3.2 强耦合解
9.4 扩散阻尼
9.5 从非均匀性到各向异性
9.5.1 自由穿行
9.5.2 角功率谱
9.6 CMB各向异性谱
9.6.1 大尺度
9.6.2 声学峰
9.7 宇宙学参数
9.7.1 曲率、宇宙学常数Λ
9.7.2 谱振幅、谱指数和光深
9.7.3 重子和冷暗物质密度
9.8 小结
习题
第10章 CMB的偏振
10.1 偏振
10.2 Compton散射产生的偏振
10.3 平面波产生的偏振
10.4 偏振的Boltzmann方程
10.5 偏振功率谱
10.6 引力波探测
10.7 小结
习题
第11章 大尺度结构的探测：示踪体
11.1 星系的成团性
11.1.1 星系分布的统计
11.1.2 红移空间畸变
11.1.3 BAO和AP检验
11.2 角相关统计
11.3 Sunyaev-Zel’dovich效应
11.4 小结
习题
第12章 大尺度结构的形成：非线性理论
12.1 引言
12.2 高阶微扰论
12.3 数值模拟
12.4 暗晕
12.4.1 暗晕质量和密度轮廓
12.4.2 暗晕质量函数
12.5 星系团
12.6 星系成团性和偏祖
12.7 暗晕模型
12.8 小结
习题
第13章 大尺度结构的探测：引力透镜
13.1 概述
13.2 光子测地线方程
13.3 CMB透镜
13.4 星系形状
13.5 弱引力透镜统计
13.5.1 剪切场功率谱
13.5.2 剪切场的两点相关函数
13.5.3 剪切场互相关
13.6 小结
习题
第14章 分析推理
14.1 似然函数
14.2 概述：从原始数据到参数限制
14.3 成图
14.4 两点函数
14.4.1 CMB角功率谱
14.4.2 星系分布功率谱
14.5 Fisher矩阵
14.6 似然函数的采样
14.7 小结
习题
附录A 部分习题解答
附录B 重要常数
B.1 物理常数
B.2 天体物理常数
B.3 基准宇宙学模型参数
附录C 特殊函数
C.1 Legendre多项式
C.2 球谐函数
C.3 球Bessel函数
C.4 Fourier变换
C.5 其他
附录D 符号
D.1 数学和几何