宇宙的最终结果是什么？虽然没有人能亲眼目睹这一时刻，但物理学家通过对宇宙的观察给出了三个经典假设:大挤压、大冻结和两者的临界状态。
但这不是全部。当物理学家发现暗能量可能是主导宇宙膨胀的主要成分时，宇宙的可能终结也发生了转变。
观察我们生活的宇宙，我们很容易被它吓倒。夜空中可以看到的恒星只是银河系中所有天体的一小部分——可能是数以千计的数千亿颗。银河系本身只是哈勃体积中万亿个星系之一(直径约为460亿光年)。
所有这些都始于138亿年前的大爆炸。这是我们理解宇宙的开始。在了解物理定律的前提下，我们可以从它开始，并解释宇宙是如何演变成现在这个样子的。现在宇宙仍在膨胀，形成新的恒星并不断进化。但是宇宙的生命会结束吗？
长期以来，根据广义相对论的简单推导和宇宙膨胀的条件，科学家普遍认为宇宙有三种可能的结果。一方面，由物质和能量产生的重力将一切拉近。另一方面，我们的宇宙有一个初始膨胀率，它将一切分开。
相对论宇宙充满了各向同性的、均匀分布的物质和辐射，而不是静态的。这样一个宇宙必然会膨胀或收缩，这取决于宇宙的内容和内容。(照片来源:e)西格尔/超越银河)
大爆炸是重力和膨胀率之间竞争的起点。宇宙中哪一方将占主导地位？根据传统观点，这个问题的答案将决定宇宙的命运。以下是宇宙可能的命运:
1.大挤压:宇宙最终塌缩回来。虽然最初的扩张很快，但大量的物质和辐射将一切拉回到一起。如果宇宙中的物质和能量总量达到一定值，宇宙膨胀到最大值后就会变成收缩状态，宇宙最终会崩溃。
2.宇宙将永远膨胀，并以“大冻结”结束。所有的初始条件都和上面讨论的一样，除了宇宙中的总物质和能量不足以逆转膨胀。宇宙将永远膨胀，膨胀的速度将永远降低，但将永远大于零。
3.宇宙的膨胀速度接近于零。这就像是上述两种情况的临界点。如果再有一个质子，宇宙将会崩溃。没有一个质子，宇宙将永远膨胀。在这样一个临界状态下，宇宙会永远膨胀，但理论上的速度是最低的。
为了知道哪种情况是正确的，我们只需要测量宇宙是如何膨胀的，膨胀的速度是如何随时间变化的。物理学将决定其余的。
这是现代天体物理学最重要的目标之一。通过测量宇宙的膨胀速率，我们知道今天宇宙的结构是如何变化的。通过测量膨胀率随时间的变化，我们可以知道宇宙结构的演化历史。
将这两条信息结合起来可以帮助我们理解宇宙是由什么组成的以及它的组成部分的比例。
根据目前的测量结果，我们已经能够确定宇宙由0.01%的辐射、0.1%的中微子、4.9%的普通物质、27%的暗物质和68%的暗能量组成。宇宙的构成问题最早是在20世纪20年代提出的，在20世纪90年代发现了意想不到的答案。
膨胀的宇宙充满了我们可以观察到的星系和复杂结构。它从一个高温、稠密和均匀的初始状态演化而来。除了已知的物质和辐射之外，一定还有某种新的能量形式推动着宇宙的加速膨胀。(照片来源:c)FAUCHER-GIGURE，A .利德兹，和我.HERNQUIST，SCIENCE 319，5859 (47))
如果暗能量主导了宇宙的膨胀，它对宇宙的命运意味着什么？根据暗能量随时间演变与否，有五种可能的情况。
1.暗能量是主导宇宙膨胀的宇宙常数。根据现有数据，这是一个高度认可的观点。随着宇宙的膨胀，物质的密度会降低。暗能量代表空间自身的能量。因此，当宇宙膨胀时，暗能量密度将保持不变，使得膨胀率总是正的，这将导致宇宙的指数膨胀。
如果暗能量随时间增加，但仍然是负的，一个大的撕裂将会发生。(照片来源:jeremy teaford/vanderbilt大学)
2.暗能量是动态的，会随着时间变得越来越强。暗能量似乎是一种新的能量形式，属于空间本身的性质，表明它的能量密度应该是一个常数。但它也可能会随着时间而改变。一种可能性是宇宙的膨胀速度会随着时间而加速。
遥远的天体不仅在加速远离我们，而且它们的加速度也会增加。更糟糕的是，那些被万有引力联系在一起的天体，如星系团、独立星系、太阳系甚至原子，在某个时刻会由于暗能量的增强而分离。在宇宙的最后一幕中，亚原子粒子和空间本身将被撕裂。这种“大撕裂”是第二种可能。
3.暗能量随时间衰减。暗能量如何改变？除了增强，它还可能减弱。如果它降到零，它可能回到最初讨论的可能性(大冻结)。宇宙将继续膨胀，但是没有足够的物质和其他形式的能量来坍缩回来。
如果暗能量衰减到零，然后继续下降并变成负值，那么它指向另一种可能性:大挤压。宇宙将充满空间自身的能量。由于该值变为负值，它将导致相反的效果，导致空间的崩溃。尽管形成这一场景所需的时间尺度比宇宙的当前年龄要老得多，但它仍然会发生。
不同的暗能量模型会演化出不同的结果。(照片来源:美国航天局/CXC/魏斯先生)
4、暗能量可能会转化为其他形式的能量，从而使宇宙重生。如果暗能量不减少、保持不变甚至增加，还有另一种可能性:暗能量不会永远以这种形式存在；相反，暗能量可以转化为物质或辐射。这类似于宇宙膨胀末期的情况。
如果暗能量能在那个节点保持不变，它将创造一个低温、低密度的大爆炸模型。在这种情况下，只有中微子和光子能自己产生。然而，如果暗能量增加，它可能会使宇宙进入一种类似膨胀的状态，随后是真正的热爆炸。这是再生宇宙最直接的方法之一。新的圆形宇宙有机会像我们的宇宙一样进化。
最简单的通货膨胀模型是我们从山顶开始，然后通货膨胀开始。最后，它通过一个下坡到达谷底，然后爆炸结束，引发了一场热爆炸。如果谷底的值不是零，仍然是一个正数，量子隧穿可能会发生在一个较低的能量状态，这会给我们现在的宇宙带来严重的后果。(照片来源:e)西格尔/超越银河)
5.暗能量与真空零点能量有关，可能会衰变，从而摧毁我们的宇宙。这是宇宙中最具破坏性的结局。如果暗能量对应的真空不是能量最低的真正真空，而是早期宇宙中对称性破缺而进入的伪真空状态，会有什么后果？
如果是这样的话，量子隧道效应将目前的宇宙带入一个较低的能量状态，改变了物理定律，摧毁了今天的所有粒子。如果量子真空不是能量最低的稳定状态，不管衰变发生在哪里，它都会从一个点开始，以光速传播，摧毁经过的一切。当信号到达我们这里时，它将立即被摧毁。
尽管我们不知道这些可能的宇宙结果中哪一个是正确的，但现有的数据与第一种可能性是一致的:暗能量是一个常数。我们对宇宙演化的观察，特别是对宇宙微波背景辐射和宇宙大尺度结构的观察，可以限制暗能量的变化范围。
随着美国国家航空航天局的宽视场红外探测望远镜计划于2020年发射，我们可以将暗能量的变化范围减少到目前范围的十分之一。如果暗能量使宇宙的尽头不同于现有的模型，天文望远镜将是揭示宇宙真相的最佳武器。在那之前，我们会考虑所有的可能性。其余的将由科学决定。