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Cosmology Matthias Bartelmann Institut f¨ur Theoretische Astrophysik Universit¨at Heidelberg
Contents 1
The Homogeneous Universe
4
1.1
Geometry and Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.1
Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.2
Metric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.1.3
Redshift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.1.4
Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.1.5
Remark on Newtonian Dynamics . . . . . . .
9
Parameters, Age and Distances . . . . . . . . . . . . .
11
1.2.1
Forms of Matter . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.2.2
Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.2.3
Parameter Values . . . . . . . . . . . . . . . .
14
1.2.4
Age and Expansion of the Universe . . . . . .
15
1.2.5
Distances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1.2.6
Horizons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Thermal Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.3.1
Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.3.2
Quantum Statistics . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.3.3
Properties of Ideal Quantum Gases . . . . . . .
23
1.3.4
Adiabatic Expansion of Ideal Gases . . . . . .
26
1.3.5
Particle Freeze-Out . . . . . . . . . . . . . . .
26
Recombination and Nucleosynthesis . . . . . . . . . .
29
1.4.1
The Neutrino Background . . . . . . . . . . .
29
1.4.2
Phot