对暗物质本质的理解暗能量可能转变为其他形式的能量

　　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：SCENICREFLECTIONSWALLPAPER）
　　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73kmsMpc，而规范尺办法测得的是67kmsMpc。（图片来历：NASAJPLCALTECH）
　　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。SIEGELBEYONDTHEGALAXY）
　　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。FAUCHERGIGURE，A。LIDZ，ANDL。HERNQUIST，SCIENCE319，5859（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：JEREMYTEAFORDVANDERBILTUNIVERSITY）
　　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：NASACXCM。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。SIEGELBEYONDTHEGALAXY）
　　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：NASAGODDARDWFIRST）
　　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。