对暗物质本质的理解暗能量可能转变为其他形式的能量
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对暗物质本质的了解，可以帮忙我们更好地了解国际毕竟的命运。（图片来历：SCENIC REFLECTIONS WALLPAPER）
来历：全国际科学ScientificAmerican
国际的毕竟结局将会是什么？虽然没有人可以亲眼见证那一刻，但物理学家经过对国际的观测，给出了三种经典假说：大揉捏、大冻住，以及两者的临界情况。
但这并不是故事的悉数。当物理学家发现，暗能量或许才是主导国际胀大的主要成分，国际或许的结局也出现了起色……
查询我们地点的国际，我们很简略对它发生敬畏之情。夜空中可以看到的恒星，只是银河系悉数天体中的一小部分——大概是数千亿中的几千颗。银河系本身也只是可观测国际（直径约为460亿光年）万亿星系中孑立的一个。
这悉数都要从138亿年前的大爆炸说起。那是我们知道国际的开始，在已知物理规则的前提下，我们可以从它启航，说明国际怎样演化成现在的容貌。现在国际仍然在胀大，构成新恒星，不断演化。但是国际的生命会有止境吗？
规范烛光和规范尺是天文学家用于测量不同时间/距离的胀大速率的两种办法。基根据规范烛光法测得的国际胀大速率（哈勃常数）是73 km/s/Mpc，而规范尺办法测得的是67 km/s/Mpc。（图片来历：NASA / JPL-CALTECH）
很长一段时间内，根据广义相对论的简略推导以及国际在胀大这一条件，科学家普遍认为国际有3种或许的结局。一方面，物质和能量发生的引力将悉数东西拉近；另一方面，我们的国际存在初始胀大速率，其作用是将悉数东西分别。
遵照相对论的国际是被各向同性、均匀分布的物质和辐射填充的，不是静态的。这样的国际必定会胀大或许缩短，这取决于国际中的内容物及其含量。（图片来历：E。 SIEGEL / BEYOND THE GALAXY）
大爆炸是引力和胀大速率互相竞赛的起点。哪一方会在国际中占有优势？根据传统的观念，这个问题的答案将抉择国际的命运。以下是国际或许的命运：
1、大揉捏：国际毕竟坍缩回去。虽然初步的胀大很灵敏，但是许多物质和辐射将悉数的东西都拉回到一起。假设国际中的总物质和能量抵达必定的值，那么国际在胀大到最大值后，会转为缩短情况，国际毕竟将会坍缩。
2、国际永久胀大下去，毕竟以＂大冻住＂结束。悉数初始条件的都和上面的谈论相同，除了国际中总的物质和能量不足以回转胀大。国际会永久胀大下去，胀大速率会一贯下降，但一向大于零。
3、国际的胀大速率趋近于零。这就像是上面两种情况的临界点。假设多了一个质子，国际就会坍缩；少一个质子，国际就会永久胀大下去。在这样的临界情况中，国际也是永久胀大的，但却是以理论上的最低速率胀大。
为了知道哪一种情况是正确的，我们只需要去测量国际的是怎样胀大的，以及胀大速率是怎样跟着时间改动的。物答理抉择剩下的结局。
这是现代天体物理最重要的政策之一。经过测量国际的胀大速率，我们得知了现在国际结构的改动办法；而测量胀大速率随时间的改动，我们就能知道国际结构的演化前史。
将这两块信息拼接起来，可以让我们了解国际是由什么构成的，以及国际各组分的比例。
根据现在的测量效果，我们现已可以判定国际是由0.01%的辐射、0.1%的中微子、4.9%的一般物质、27%的暗物质和68%的暗能量构成。国际构成这个问题最早在上个世纪20年代被提出，在上个世纪90年代有了意想不到的答案。
不断胀大的国际中，充满了星系和我们可以观测到的凌乱结构。它由高温、细密、均匀的初始情况演化而来。在已知的物质和辐射之外，必定还存在着某种新的能量办法，驱动着国际的加速胀大。（图片来历：C。 FAUCHER-GIGUÈRE， A。 LIDZ， AND L。 HERNQUIST， SCIENCE 319， 5859 （47））
假设是暗能量主导国际的胀大，这关于国际的命运又意味着什么？取决于暗能量怎样或许是否跟着时间演化，有以下5种或许的情况。
1、暗能量是一种主导国际胀大的国际学常数。根据现有的数据，这是现在认同度较高的观念。国际胀大时，物质的密度会下降；而暗能量代表的是空间自有的能量。因此，国际胀大时，暗能量密度坚持不变，使得胀大速率永久是正值，这会导致国际指数胀大。
假设暗能量随时间增加，但是坚持负值，大撕裂就会发生。（图片来历：JEREMY TEAFORD/VANDERBILT UNIVERSITY）
2、暗能量是动态的，跟着时间会变得越来越强。暗能量看上去是一种新的能量办法，它归于空间本身的性质，这说明它的能量密度应该是一个常数。但是它也或许跟着时间改动。一种或许增强，这会导致国际胀大速率跟着时间加速。
悠远的天体不仅是在加速远离我们，它们远离的加速度也会越来越大。更糟糕的是，那些受万有引力捆绑在一起的天体，比如星系团、独立的星系、太阳系甚至原子，都会在某一刻由于暗能量增强而分别。在国际的终究一幕，亚原子粒子和空间本身会被撕裂。这种＂大撕裂＂是第二种或许。
3、暗能量跟着时间衰减。暗能量还或许怎样改动？除去增强，它也或许削弱。假设它降到了零，这或许会回到初步谈论的或许性（大冻住）上去。国际会继续胀大，但是没有满意的物质和其他办法的能量让它坍缩回去。
假设暗能量衰减到零之后继续下降、变成了负值，那么，它会指向另一种或许：大揉捏。国际会被空间自有的能量填满，由于数值变为负，会引起相反的效应，导致空间坍缩。虽然这构成一现象所需的时间规范比国际现在的年岁大许多，但它仍是会发生。
暗能量的不同模型会演化出不同的效果。（图片来历：NASA/CXC/M.WEISS）
4、暗能量或许转变为其他办法的能量，使国际重生。假设暗能量不会减少，坚持常数或许甚至增加，还有另一种或许性：暗能量不会永久坚持这种办法；相反，暗能量或许会转变成物质或许辐射。这与国际暴胀结束时的现象类似。
假设暗能量可以在那个节点坚持常数，它会制造出一个低温、低密度版其他大爆炸模型。在这种情况下，只需中微子和光子可以自我生成。但假设暗能量增强，它或许会使国际变为类似暴胀的情况，紧随其后的是一次实在的热大爆炸。这是使国际重生的最直接的办法之一，新的循环国际有机遇像我们的国际相同演化。
最简略的暴胀模型是我们从山顶启航，这时暴升初步；终究经过下坡抵达谷底，这时暴升结束，引发热大爆炸。假设在谷底的值不为零，仍然是一个正数，则或许会量子隧穿到能量更低的情况上，这样会给我们现在的国际带来严峻成果。（图片来历：E。 SIEGEL / BEYOND THE GALAXY）
5、暗能量与真空零点能相关，或许衰变，然后摧毁我们的国际。这是国际悉数或许结局中最具破坏性的一种。假设暗能量对应的真空不是能量最低的实在真空，而是前期国际因对称性破缺而进入的一个伪真空情况，会有何成果？
假设是这样，量子隧穿效应使得现在的国际进入一个能量更低的情况上，改动物理规则并摧毁现在悉数的粒子。假设量子真空不是能量最低的安稳情况，不论衰变在哪发生，都会从一个点启航，以光速传达，摧毁所经之处的悉数事物。当信号传到我们这儿，随之而来的也是马上的消除。
在景深相同，时长相等的情况下，WFIRST望远镜和哈勃望远镜（左上）所能看到的天区对比。WFIRST能观测的宽广区域让我们捕捉到更多悠远的超新星，然后进一步探寻暗能量的本质。（图片来历：NASA / GODDARD / WFIRST）
虽然我们不知道，在这些或许的国际结局中，哪一个才是真的，但现有的数据都和第一种或许性相符合：暗能量是一个常数。我们对国际演化进程的观测，特别是国际微波布景辐射和国际大规范结构的观测，可以束缚暗能量的改动规划。
跟着NASA的大视场红外巡天望远镜（WFIRST）计划在2020发射升空，我们可以将暗能量的改动规划缩小至现在的十分之一。假设暗能量使得国际结局不同于现有模型，天文望远镜将会是提示国际底细的最佳武器。直到那时，我们将考虑到悉数的或许性。而剩下的将由科学抉择。