對暗物質本質的了解，可以幫忙我們更好地了解國際畢竟的命運。（圖片來歷：SCENIC REFLECTIONS WALLPAPER）

來歷：全國際科學ScientificAmerican

國際的畢竟結局將會是什么？雖然沒有人可以親眼見證那一刻，但物理學家經過對國際的觀測，給出了三種經典假說：大揉捏、大凍住，以及兩者的臨界情況。

但這并不是故事的悉數。當物理學家發現，暗能量或許才是主導國際脹大的主要成分，國際或許的結局也出現了起色……

查詢我們地點的國際，我們很簡略對它發生敬畏之情。夜空中可以看到的恒星，只是銀河系悉數天體中的一小部分——大概是數千億中的幾千顆。銀河系本身也只是可觀測國際（直徑約為460億光年）萬億星系中孑立的一個。

這悉數都要從138億年前的大爆炸說起。那是我們知道國際的開始，在已知物理規則的前提下，我們可以從它啟航，說明國際怎樣演化成現在的容貌。現在國際仍然在脹大，構成新恒星，不斷演化。但是國際的生命會有止境嗎？

規范燭光和規范尺是天文學家用于測量不同時間/距離的脹大速率的兩種辦法。基根據規范燭光法測得的國際脹大速率（哈勃常數）是73 km/s/Mpc，而規范尺辦法測得的是67 km/s/Mpc。（圖片來歷：NASA / JPL-CALTECH）

很長一段時間內，根據廣義相對論的簡略推導以及國際在脹大這一條件，科學家普遍認為國際有3種或許的結局。一方面，物質和能量發生的引力將悉數東西拉近；另一方面，我們的國際存在初始脹大速率，其作用是將悉數東西分別。

 遵照相對論的國際是被各向同性、均勻分布的物質和輻射填充的，不是靜態的。這樣的國際必定會脹大或許縮短，這取決于國際中的內容物及其含量。（圖片來歷：E。 SIEGEL / BEYOND THE GALAXY）

大爆炸是引力和脹大速率互相競賽的起點。哪一方會在國際中占有優勢？根據傳統的觀念，這個問題的答案將抉擇國際的命運。以下是國際或許的命運：

1、大揉捏：國際畢竟坍縮回去。雖然初步的脹大很靈敏，但是許多物質和輻射將悉數的東西都拉回到一起。假設國際中的總物質和能量抵達必定的值，那么國際在脹大到最大值后，會轉為縮短情況，國際畢竟將會坍縮。

2、國際永久脹大下去，畢竟以“大凍住”結束。悉數初始條件的都和上面的談論相同，除了國際中總的物質和能量不足以回轉脹大。國際會永久脹大下去，脹大速率會一貫下降，但一向大于零。

3、國際的脹大速率趨近于零。這就像是上面兩種情況的臨界點。假設多了一個質子，國際就會坍縮；少一個質子，國際就會永久脹大下去。在這樣的臨界情況中，國際也是永久脹大的，但卻是以理論上的最低速率脹大。

為了知道哪一種情況是正確的，我們只需要去測量國際的是怎樣脹大的，以及脹大速率是怎樣跟著時間改動的。物答理抉擇剩下的結局。

這是現代天體物理最重要的政策之一。經過測量國際的脹大速率，我們得知了現在國際結構的改動辦法；而測量脹大速率隨時間的改動，我們就能知道國際結構的演化前史。

將這兩塊信息拼接起來，可以讓我們了解國際是由什么構成的，以及國際各組分的比例。

根據現在的測量效果，我們現已可以判定國際是由0.01%的輻射、0.1%的中微子、4.9%的一般物質、27%的暗物質和68%的暗能量構成。國際構成這個問題最早在上個世紀20年代被提出，在上個世紀90年代有了意想不到的答案。

 不斷脹大的國際中，充滿了星系和我們可以觀測到的凌亂結構。它由高溫、細密、均勻的初始情況演化而來。在已知的物質和輻射之外，必定還存在著某種新的能量辦法，驅動著國際的加速脹大。（圖片來歷：C。 FAUCHER-GIGUÈRE， A。 LIDZ， AND L。 HERNQUIST， SCIENCE 319， 5859 （47））

假設是暗能量主導國際的脹大，這關于國際的命運又意味著什么？取決于暗能量怎樣或許是否跟著時間演化，有以下5種或許的情況。

1、暗能量是一種主導國際脹大的國際學常數。根據現有的數據，這是現在認同度較高的觀念。國際脹大時，物質的密度會下降；而暗能量代表的是空間自有的能量。因此，國際脹大時，暗能量密度堅持不變，使得脹大速率永久是正值，這會導致國際指數脹大。

假設暗能量隨時間增加，但是堅持負值，大撕裂就會發生。（圖片來歷：JEREMY TEAFORD/VANDERBILT UNIVERSITY）

2、暗能量是動態的，跟著時間會變得越來越強。暗能量看上去是一種新的能量辦法，它歸于空間本身的性質，這說明它的能量密度應該是一個常數。但是它也或許跟著時間改動。一種或許增強，這會導致國際脹大速率跟著時間加速。

悠遠的天體不僅是在加速遠離我們，它們遠離的加速度也會越來越大。更糟糕的是，那些受萬有引力捆綁在一起的天體，比如星系團、獨立的星系、太陽系甚至原子，都會在某一刻由于暗能量增強而分別。在國際的終究一幕，亞原子粒子和空間本身會被撕裂。這種“大撕裂”是第二種或許。

3、暗能量跟著時間衰減。暗能量還或許怎樣改動？除去增強，它也或許削弱。假設它降到了零，這或許會回到初步談論的或許性（大凍住）上去。國際會繼續脹大，但是沒有滿意的物質和其他辦法的能量讓它坍縮回去。

假設暗能量衰減到零之后繼續下降、變成了負值，那么，它會指向另一種或許：大揉捏。國際會被空間自有的能量填滿，由于數值變為負，會引起相反的效應，導致空間坍縮。雖然這構成一現象所需的時間規范比國際現在的年歲大許多，但它仍是會發生。

暗能量的不同模型會演化出不同的效果。（圖片來歷：NASA/CXC/M.WEISS）

4、暗能量或許轉變為其他辦法的能量，使國際重生。假設暗能量不會減少，堅持常數或許甚至增加，還有另一種或許性：暗能量不會永久堅持這種辦法；相反，暗能量或許會轉變成物質或許輻射。這與國際暴脹結束時的現象類似。

假設暗能量可以在那個節點堅持常數，它會制造出一個低溫、低密度版其他大爆炸模型。在這種情況下，只需中微子和光子可以自我生成。但假設暗能量增強，它或許會使國際變為類似暴脹的情況，緊隨其后的是一次實在的熱大爆炸。這是使國際重生的最直接的辦法之一，新的循環國際有機遇像我們的國際相同演化。

最簡略的暴脹模型是我們從山頂啟航，這時暴升初步；終究經過下坡抵達谷底，這時暴升結束，引發熱大爆炸。假設在谷底的值不為零，仍然是一個正數，則或許會量子隧穿到能量更低的情況上，這樣會給我們現在的國際帶來嚴峻成果。（圖片來歷：E。 SIEGEL / BEYOND THE GALAXY）

5、暗能量與真空零點能相關，或許衰變，然后摧毀我們的國際。這是國際悉數或許結局中最具破壞性的一種。假設暗能量對應的真空不是能量最低的實在真空，而是前期國際因對稱性破缺而進入的一個偽真空情況，會有何成果？

假設是這樣，量子隧穿效應使得現在的國際進入一個能量更低的情況上，改動物理規則并摧毀現在悉數的粒子。假設量子真空不是能量最低的安穩情況，不論衰變在哪發生，都會從一個點啟航，以光速傳達，摧毀所經之處的悉數事物。當信號傳到我們這兒，隨之而來的也是馬上的消除。

 在景深相同，時長相等的情況下，WFIRST望遠鏡和哈勃望遠鏡（左上）所能看到的天區對比。WFIRST能觀測的寬廣區域讓我們捕捉到更多悠遠的超新星，然后進一步探尋暗能量的本質。（圖片來歷：NASA / GODDARD / WFIRST）

雖然我們不知道，在這些或許的國際結局中，哪一個才是真的，但現有的數據都和第一種或許性相符合：暗能量是一個常數。我們對國際演化進程的觀測，特別是國際微波布景輻射和國際大規范結構的觀測，可以束縛暗能量的改動規劃。

跟著NASA的大視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST）計劃在2020發射升空，我們可以將暗能量的改動規劃縮小至現在的十分之一。假設暗能量使得國際結局不同于現有模型，天文望遠鏡將會是提示國際底細的最佳武器。直到那時，我們將考慮到悉數的或許性。而剩下的將由科學抉擇。