1932

Abstract

In the past 50 years, cosmology has gone from a field known for the errors being in the exponents to a precision science. The transformation—powered by ideas, technology, a paradigm shift, and culture change—has revolutionized our understanding of the Universe, with the Lambda cold dark matter (ΛCDM) paradigm as its crowning achievement. I chronicle the journey of precision cosmology and finish with thoughts about the next cosmological paradigm.

Loading

Article metrics loading...

/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-041046
2022-09-26
2024-04-24
Loading full text...

Full text loading...

/deliver/fulltext/nucl/72/1/annurev-nucl-111119-041046.html?itemId=/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-041046&mimeType=html&fmt=ahah

Literature Cited

  1. 1. 
    Penzias A, Wilson R. Astrophys. J. 142:419 1965.)
  2. 2. 
    Alpher R, Bethe H, Gamow G. Phys. Rev. 73:803 1948.)
  3. 3. 
    Peebles PJE. Cosmology's Century. Princeton, NJ: Princeton Univ. Press 2019.)
    [Google Scholar]
  4. 4. 
    Weinberg S. Gravitation and Cosmology New York: Wiley 1972.)
  5. 5. 
    Sandage A. Phys. Today 23:234 1970.)
  6. 6. 
    Freedman WL et al. Astrophys. J. 553:47 2001.)
  7. 7. 
    Neben AR, Turner MS. Astrophys. J. 769:133 2013.)
  8. 8. 
    Gott JR. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 15:235 1977.)
  9. 9. 
    Wagoner RV, Fowler WA, Hoyle F. Astrophys. J. 148:3 1967.)
  10. 10. 
    Dicke RH, Peebles PJE, Roll PG, Wilkinson DT. Astrophys. J. 142:414 1965.)
  11. 11. 
    Peebles PJE. Physical Cosmology. Princeton, NJ: Princeton Univ. Press 1971.)
  12. 12. 
    Weinberg S. The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe New York: Basic Books. Updated ed. 1993.)
  13. 13. 
    Peebles PJE. The Large-Scale Structure of the Universe. Princeton, NJ: Princeton Univ. Press 1980.)
  14. 14. 
    Kragh H. Cosmology and Controversy Princeton, NJ: Princeton Univ. Press 1996.)
  15. 15. 
    Zel'dovich YaB Sov. Phys. Usp. 6:475 1964.)
  16. 16. 
    Zel'dovich YaB Sov. Phys. Usp. 9:602 1967.)
  17. 17. 
    Turner MS. arXiv:2111.14254 [astro-ph.CO]; 2021.)
  18. 18. 
    Davis R, Harmer DS, Hoffman KC. Phys. Rev. Lett. 20:1205 1968.)
  19. 19. 
    Harwit M. Cosmic Discovery. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press 2019.)
    [Google Scholar]
  20. 20. 
    Turner MS. Phys. Today 61:128 2008.)
  21. 21. 
    Hoyle F, Tayler R. Nature 203:1108 1964.)
  22. 22. 
    Peebles PJE. Phys. Rev. Lett. 16:410 1966.)
  23. 23. 
    Burbidge EM, Burbidge GR, Fowler WA, Hoyle F. Rev. Mod. Phys. 29:547 1957.)
  24. 24. 
    Croswell K. Phys. Today 62:510 2009.)
  25. 25. 
    Gerstein SS, Zel'dovich YaB JEPT Lett. 4:120 1966.)
  26. 26. 
    Cowsik R, McClelland J. Phys. Rev. Lett. 29:669 1972.)
  27. 27. 
    Szalay AS, Marx G. Acta Phys. Acad. Sci. Hung. 35:113 1974.); Szalay AS, Marx G. Astron. Astrophys. 49:437 1976.)
  28. 28. 
    Steigman G, Schramm DN, Gunn J. Phys. Lett. B 66:202 1977.); Schramm DN, Steigman G. Phys. Lett. B 141:337 1984.)
  29. 29. 
    Lee B, Weinberg S. Phys. Rev. Lett. 39:165 1979.)
  30. 30. 
    Dicus DA, Kolb EW, Teplitz VL. Phys. Rev. Lett. 39:168 1977.)
  31. 31. 
    Yoshimura M. Phys. Rev. Lett. 41:281 1978.). Erratum. Phys. Rev. Lett. 42:746 1979.)
  32. 32. 
    Weinberg S. Phys. Rev. Lett. 42:850 1979.)
  33. 33. 
    Kolb EW, Turner MS. Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 33:645 1983.)
  34. 34. 
    Sakharov AD. JETP Lett. 5:24 1967.)
  35. 35. 
    Turner MS. Nature 281:549 1979.)
  36. 36. 
    Misner CW. Phys. Rev. Lett. 22:1071 1969.)
  37. 37. 
    Penrose R General Relativity: An Einstein Centenary Survey SW Hawking, W Israel 581–638 Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press 1979.)
  38. 38. 
    Gross D, Wilczek F. Phys. Rev. Lett. 30:1343 1973.)
  39. 39. 
    Politzer D. Phys. Rev. Lett. 30:1346 1973.)
  40. 40. 
    Langacker P. Phys. Rep. 72:185 1981.)
  41. 41. 
    Turner MS. David Norman Schramm: 1945–1997: a biographical memoir. National Academy of Sciences http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/schramm-david.pdf 2009.)
    [Google Scholar]
  42. 42. 
    Kolb EW et al., eds. Inner Space/Outer Space Chicago: Univ. Chicago Press 1986.)
  43. 43. 
    Natl. Res. Council Connecting Quarks with the Cosmos: Eleven Science Questions for the New Century Washington, DC: Natl. Acad. Press 2002.)
  44. 44. 
    Haseltine E. The 11 greatest unanswered questions of physics. Discover Jan. 31. https://www.discovermagazine.com/the-sciences/the-11-greatest-unanswered-questions-of-physics 2002.)
    [Google Scholar]
  45. 45. 
    Roberts M Frontiers of Astrophysics: A Celebration of NRAO's 50th Anniversary, Vol. 395 A Bridle, J Condon, G Hunt 283–88 San Francisco: Astron. Soc. Pac 2008.)
  46. 46. 
    Zwicky F. Helv. Phys. Acta 6:1120 1933.)
  47. 47. 
    Oort JH. Bull. Astron. Inst. Neth. 6:249 1932.)
  48. 48. 
    Smith S. Astrophys. J. 83:23 1936.)
  49. 49. 
    Babcock HW. Lick. Obs. Bull. 19:41 1939.)
  50. 50. 
    Lundmark K. Lund Medd. 125:1 1930.)
  51. 51. 
    Ewen H, Purcell E Nature 168:356 1951.)
  52. 52. 
    van de Hulst HC, Raimond E, van Woerden H. Bull. Astron. Inst. Neth. 14:1 1957.)
  53. 53. 
    Bosma A. The distribution and kinematics of neutral hydrogen in spiral galaxies of various morphological types PhD Thesis, Groningen Univ. Groningen, Neth: 1978.)
  54. 54. 
    Roberts MS, Whitehurst RN. Astrophys. J. 201:327 1975.)
  55. 55. 
    Rubin V, Ford WK, Thonnard N. Astrophys. J. 225:L111 1978.)
  56. 56. 
    Ostriker JP, Peebles PJE. Astrophys. J. 186:467 1973.)
  57. 57. 
    Ostriker JP, Peebles PJE, Yahil A. Astrophys. J. 193:L1 1974.)
  58. 58. 
    Einasto J, Kaasik A, Saar E. Nature 250:309 1974.)
  59. 59. 
    Reeves H, Audouze J, Fowler W, Schramm DN. Astrophys. J. 179:909 1973.)
  60. 60. 
    Faber S, Gallagher J. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 17:135 1979.)
  61. 61. 
    Rubin V. Science 220:1339 1983.)
  62. 62. 
    Kormendy J, Knapp GR, eds. Dark Matter in the Universe: Proceeedings of the 117th Symposium of the International Astronomical Union Dordrecht, Neth: Reidel 1987.)
  63. 63. 
    Yang J et al. Astrophys. J. 281:493 1984.)
  64. 64. 
    Schramm DN, Steigman G. Gen. Rel. Grav. 13:101 1981.); Schramm DN, Steigman G. Astrophys. J. 243:1 1981.)
  65. 65. 
    Yanagida T. Prog. Theor. Phys. 64:1103 1980.); Gell-Mann M, Ramond P, Slansky R. Supergravity D Freedman, P van Nieuwenhuizen 315–21 Amsterdam: North Holland 1979.)
  66. 66. 
    Lubimov VA et al. Phys. Lett. B 94:266 1980.)
  67. 67. 
    White SDM, Frenk CS, Davis M. Astrophys. J. 274:L1 1983.)
  68. 68. 
    Pagels H, Primack J. Phys. Rev. Lett. 48:223 1982.)
  69. 69. 
    Preskill J, Wise M, Wilczek F. Phys. Lett. B 120:127 1983.)
  70. 70. 
    Ipser J, Sikivie P. Phys. Rev. Lett. 50:925 1983.)
  71. 71. 
    Turner MS, Wilczek F, Zee A. Phys. Lett. B 125:35 1983.). Erratum. Phys. Lett. B 125:519 1983.)
  72. 72. 
    Jungman G, Kamionkowski M, Griest K. Phys. Rep. 267:195 1996.)
  73. 73. 
    Bond JR, Szalay AS, Turner MS. Phys. Rev. Lett. 48:1636 1982.)
  74. 74. 
    Ellis JR, Hagelin JS, Nanopoulos DV, Srednicki M. Phys. Lett. B 127:233 1983.)
  75. 75. 
    Ellis JR et al. Nucl. Phys. B 238:453 1984.)
  76. 76. 
    Goldberg H. Phys. Rev. Lett. 50:1419 1983.)
  77. 77. 
    Kolb EW, Turner MS. The Early Universe. Redwood City, CA: Addison-Wesley 1990.)
  78. 78. 
    Steigman G, Turner MS. Nucl. Phys. B 253:375 1985.)
  79. 79. 
    Goodman MW, Witten E. Phys. Rev. D 31:3059 1985.)
  80. 80. 
    Arcadi G et al. Eur. Phys. J. C 78:203 2018.); Feng J Annu. Rev. Astron. Astrophys. 48:495 2010.)
  81. 81. 
    Sikivie P. Phys. Rev. Lett. 51:1415 1983.). Erratum. Phys. Rev. Lett. 52:695 1984.)
  82. 82. 
    Graham P et al. Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 65:485 2015.)
  83. 83. 
    Milgrom M. Astrophys. J. 270:365 1983.)
  84. 84. 
    Kaplinghat M, Turner MS. Astrophys. J. 569:L19 2002.)
  85. 85. 
    Paczynski B. Astrophys. J. 304:1 1986.)
  86. 86. 
    Alcock C et al. Nature 365:621 1993.)
  87. 87. 
    Udalski A et al. Acta Astron 43:289 1993.)
  88. 88. 
    Freese K. Phys. Rep. 333–334:183 2000.)
  89. 89. 
    Witten E. Phys. Rev. D 30:272 1984.)
  90. 90. 
    Bertone G, Hooper D. Rev. Mod. Phys. 90:045002 2018.)
  91. 91. 
    Trimble V. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 25:425 1987.)
  92. 92. 
    Smoot G et al. Astrophys. J. 396:L1 1992.)
  93. 93. 
    Lifshitz E. J. Phys. (USSR) 10:116 1946.)
  94. 94. 
    Sachs R, Wolfe AM. Astrophys. J. 147:73 1967.)
  95. 95. 
    Silk J. Astrophys. J. 151:459 1968.); Peebles PJE, Yu JT. Astrophys. J. 162:815 1970.)
  96. 96. 
    Rees MJ. Astrophys. J. 153:L1 1968.)
  97. 97. 
    Sunyaev R, Zel'dovich YaB Annu. Rev. Astron. Astrophys. 18:537 1980.)
  98. 98. 
    Smoot GF, Gorenstein MV, Muller RA. Phys. Rev. Lett. 39:898 1977.)
  99. 99. 
    Aghanim N et al. (Planck Collab.) Astron. Astrophys. 641:A1 2020.)
  100. 100. 
    Wilkinson DT. Philos. Trans. R. Soc. A 307:55 1982.)
  101. 101. 
    Wilson ML, Silk J. Astrophys. J. 243:14 1981.)
  102. 102. 
    Bond JR, Efstathiou G. Astrophys. J. 285:L45 1984.)
  103. 103. 
    Vittorio N, Silk J. Astrophys. J. 285:L39 1984.)
  104. 104. 
    Bond JR, Efstathiou G. Mon. Not. R. Astron. Soc. 226:655 1987.)
  105. 105. 
    Mather JC et al. Astrophys J. 354:L37 1990.)
  106. 106. 
    Fixsen DJ. Astrophys. J. 707:916 2009.)
  107. 107. 
    Wilkinson D. PNAS 95:29 1998.)
  108. 108. 
    Bennett CL, Turner MS, White M. Phys. Today 50:1132 1997.)
  109. 109. 
    Knox L. Phys. Rev. D 52:4207 1995.)
  110. 110. 
    Jungman G, Kamionkowski M, Kosowsky A, Spergel DN. Phys. Rev. D 54:1332 1996.)
  111. 111. 
    Kamionkowski M, Kosowsky A, Stebbins A. Phys. Rev. Lett. 78:2058 1997.)
  112. 112. 
    Seljak U, Zaldarriaga M. Phys. Rev. Lett. 78:2054 1997.)
  113. 113. 
    Hu W, Okamoto T. Phys. Rev. D 67:083002 2003.); Hu W, Dodelson S. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40:171 2002.)
  114. 114. 
    de Bernardis P et al. Nature 404:955 2000.)
  115. 115. 
    Dodelson S, Knox L. Phys. Rev. Lett. 84:3523 2000.)
  116. 116. 
    Kovac JM et al. Nature 420:772 2002.)
  117. 117. 
    Carlstrom J, Joy M, Grego L. Astrophys. J. 456:L75 1996.)
  118. 118. 
    Staniszewski Z et al. Astrophys. J. 701:32 2009.)
  119. 119. 
    Ade PAR et al. (BICEP/Keck Collab.) Phys. Rev. Lett. 127:151301 2021.)
  120. 120. 
    Hoffman MB, Turner MS. Phys. Rev. D 64:023506 2001.); Kinney WH. Phys. Rev. D 66:083508 2002.); Chongchitnan S, Efstathiou G. Phys. Rev. D 72:3520 2005.)
  121. 121. 
    Lyth D. Phys. Rev. Lett. 78:1861 1997.)
  122. 122. 
    Turner MS. Phys. Rev. D 48:5539 1993.)
  123. 123. 
    Preskill J. Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 34:461 1984.)
  124. 124. 
    Cabrera B. Phys. Rev. Lett. 48:1378 1982.)
  125. 125. 
    Preskill JP. Phys. Rev. Lett. 43:1365 1979.)
  126. 126. 
    Guth AH. Phys. Rev. D 23:347 1981.)
  127. 127. 
    Dicke R, Peebles PJE. General Relativity: An Einstein Centenary Survey SW Hawking, W Israel 504–17 Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press 1979.)
  128. 128. 
    Collins CB, Hawking SW. Astrophys. J. 180:317 1973.)
  129. 129. 
    Linde AD. Phys. Lett. B 108:389 1982.)
  130. 130. 
    Albrecht A, Steinhardt PJ. Phys. Rev. Lett. 48: 1982.)
  131. 131. 
    Albrecht A, Steinhardt PJ, Turner MS, Wilczek F. Phys. Rev. Lett. 48:1437 1982.)
  132. 132. 
    Gibbons GW, Hawking SW, Siklos S, eds. The Very Early Universe Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press 1983.)
  133. 133. 
    Bardeen JM, Steinhardt PJ, Turner MS. Phys. Rev. D 28:679 1983.)
  134. 134. 
    Guth AH, Pi S-Y. Phys. Rev. Lett. 49:1110 1982.)
  135. 135. 
    Starobinsky AA. Phys. Lett. B 117:175 1982.)
  136. 136. 
    Hawking SW. Phys. Lett. B 115:295 1982.)
  137. 137. 
    Steinhardt PJ, Turner MS. Phys. Rev. D 29:2162 1984.)
  138. 138. 
    Harrison ER. Phys. Rev. D 1:2726 1970.)
  139. 139. 
    Rubakov VA, Sazhin M, Veryaskin A. Phys. Lett. B 115:189 1982.)
  140. 140. 
    Hulse R, Taylor J. Astrophys. J. 195:L51 1975.); Taylor J, Weisberg J. Astrophys. J. 253:908 1982.); Weisberg J, Nice D, Taylor J Astrophys. J. 722:1030 2010.)
  141. 141. 
    Davis RL et al. Phys. Rev. Lett. 69:1856 1992.)
  142. 142. 
    Lidsey JE et al. Rev. Mod. Phys. 69:373 1997.)
  143. 143. 
    Blumenthal GR, Faber SM, Primack JR, Rees MJ. Nature 311:517 1984.)
  144. 144. 
    Bardeen JM, Bond JR, Kaiser N, Szalay AS. Astrophys. J. 304:15 1986.)
  145. 145. 
    Vilenkin A. Phys. Rev. Lett. 46:1169 1981.); Phys. Lett. B 107:47 1981.); Albrecht A. arXiv:astro-ph/0009129 2000.)
  146. 146. 
    Albrecht A, Coulson D, Ferreira P, Magueijo J. Phys. Rev. Lett. 76:1413 1996.)
  147. 147. 
    Abbott R et al. (LIGO/Virgo Collab.) Phys. Rev. Lett. 126:241102 2021.)
  148. 148. 
    Vachaspati T, Pogosian L, Steer D. Scholarpedia 10:31682 2015.)
  149. 149. 
    Perlmutter S et al. Astrophys. J. 517:565 1999.)
  150. 150. 
    Riess A et al. Astron. J. 116:1009 1998.)
  151. 151. 
    Glanz J. Science 282:2156 1998.)
  152. 152. 
    White SDM Inner Space/Outer Space EW Kolb et al.228–45 Chicago: Univ. Chicago Press 1986.)
  153. 153. 
    Butcher H, Oemler A. Astrophys. J. 285:426 1985.)
  154. 154. 
    Turner MS, Steigman G, Krauss L. Phys. Rev. Lett. 52:2090 1984.)
  155. 155. 
    Peebles PJE. Astrophys. J. 284:439 1984.)
  156. 156. 
    Efstathiou G, Sutherland WJ, Maddox SJ. Nature 348:705 1990.)
  157. 157. 
    Frieman JA, Turner MS, Huterer D. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 46:385 2008.)
  158. 158. 
    O'Raifeartaigh C, O'Keeffe M, Nahm W, Mitton S Eur. Phys. J. H 43:73 2018.); O'Raifeartaigh C, O'Keeffe M, Nahm W, Mitton S arXiv:1711.06890 [physics.hist-ph] 2017.)
  159. 159. 
    Hoyle F. Mon. Not. R. Astron. Soc. 108:372 1948.)
  160. 160. 
    Bondi H, Gold T. Mon. Not. R. Astron. Soc. 108:252 1948.)
  161. 161. 
    Zel'dovich YaB Sov. Phys. Usp. 11:381 1968.)
  162. 162. 
    Weinberg S. Rev. Mod. Phys. 61:1 1989.)
  163. 163. 
    Dodelson S, Gates E, Turner MS Science 274:69 1996.)
  164. 164. 
    White SDM et al. Nature 366:429 1993.)
  165. 165. 
    Krauss LM, Turner MS. Gen. Rel. Grav. 27:1137 1995.); Ostriker JP, Steinhardt PJ Nature 377:600 1995.)
  166. 166. 
    Kochanek CS. Astrophys. J. 466:638 1996.)
  167. 167. 
    Perlmutter S et al. Astrophys. J. 483:565 1997.)
  168. 168. 
    Turner MS. Publ. Astron. Soc. Pac. 111:264 1999.); Peebles PJE Publ. Astron. Soc. Pac. 111:274 1999.)
  169. 169. 
    Turner MS, White M. Phys. Rev. D 56:R4439 1997.)
  170. 170. 
    Turner MS. Astron. Soc. Pac. Conf. Ser. 165:431 1999.)
  171. 171. 
    Scolnic D et al. Astrophys. J. 859:101 2018.)
  172. 172. 
    Aghanim N et al. (Planck Collab.) Astron. Astrophys. 641:A6 2020.)
  173. 173. 
    Jeffrey N et al. (DES Collab.) Mon. Not. R. Astron. Soc. 505:4626 2021.)
  174. 174. 
    Ade PAR et al. (Planck Collab.) Astron. Astrophys. 594:A17 2016.)
  175. 175. 
    Huterer D, Turner MS. Phys. Rev. D 62:063503 2000.)
  176. 176. 
    Schramm DN, Turner MS. Rev. Mod. Phys. 70:303 1998.)
  177. 177. 
    Tytler D, Fan X, Burles S Nature 381:207 1996.)
  178. 178. 
    Cooke RJ, Pettini M, Steidel CC. Astrophys. J. 855:102 2018.)
  179. 179. 
    Burles S, Nollett KM, Turner MS. arXiv:astro-ph/9903300; 1999.)
  180. 180. 
    Yeh T-H, Olive KA, Fields BD. J. Cosmol. Astropart. Phys. 2103:046 2021.)
  181. 181. 
    Cyburt RH, Fields BD, Olive KA, Yeh T-H. Rev. Mod. Phys. 88:015004 2016.)
  182. 182. 
    Bullock JS, Boylan-Kolokin M. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 55:343 2017.)
  183. 183. 
    Turner MS. arXiv:2109.01717 [astro-ph.CO]; 2021.)
  184. 184. 
    Buchmuller W, Peccei RD, Yanagida T. Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 55:311 2005.); Davidson S, Nardi E, Nir Y Phys. Rep. 466:105 2008.)
  185. 185. 
    Battaglieri M et al. arXiv:1707.04591 [hep-ph]; 2017.)
  186. 186. 
    Albrecht A, Bolis N, Holman R. arXiv:1806.00392 [hep-th]; 2018.)
  187. 187. 
    Turner MS, Carr BJ. Mod. Phys. Lett. A 2:1 1987.)
  188. 188. 
    Riess AG et al. arXiv:2112.04510 [astro-ph.CO]; 2021.)
  189. 189. 
    Freedman WL. Astrophys. J. 919:16 2021.)
  190. 190. 
    Di Valentino E et al. arXiv:2103.01183v2 [astro-ph.CO]; 2021.)
  191. 191. 
    Amon A et al. (DES Collab.) Phys. Rev. D 105:023514 2022.)
  192. 192. 
    Abbott TMC et al. (DES Collab.) Phys. Rev. D 105:023520 2022.)
  193. 193. 
    Ellis GFR. Q. J. R. Astron. Soc. 16:245 1975.)
  194. 194. 
    Ijjas A, Steinardht PJ. Phys. Lett. B 795:666 2019.)
  195. 195. 
    Cook WG et al. Phys. Lett. B 808:135690 2020.)
  196. 196. 
    Polchinski J Proceedings of the 23rd Solvay Conference on Physics D Gross, M Henneaux, A Sevrin 216–36 Singapore: World Scientific 2008.); Polchinski J arXiv:hep-th/0603249; 2006.)
    [Google Scholar]
  197. 197. 
    Agrawal P, Obied G, Steinhardt PJ, Vafa C. Phys. Lett. B 784:271 2018.)
/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-041046
Loading
/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-041046
Loading

Data & Media loading...

  • Article Type: Review Article
This is a required field
Please enter a valid email address
Approval was a Success
Invalid data
An Error Occurred
Approval was partially successful, following selected items could not be processed due to error