解开暗能量本质的宇宙之谜将使人类更好地了解宇宙的命运。暗能量在强度或符号上的变化是知道宇宙是否会以大撕裂结束的关键。放眼当今的宇宙，夜空中的星星只是银河系中所有星星的一小部分——几千亿颗中的几千颗。而银河系本身只是可观测宇宙中存在的数万亿星系中的一个，宇宙可向各个方向延伸约亿光年。
这一切都开始于亿年前的大爆炸。这是宇宙第一次充满物质和辐射的时刻，从这一刻开始，在已知物理定律的前提下，科学家们就能解释宇宙是如何形成现代形状的。但宇宙仍然在扩张，不断形成新的恒星，并在进化。宇宙终将如何结束?科学是这样说的。
标准烛光(左)和标准标尺(右)是天文学家用来测量过去不同时间/距离的空间膨胀的两种不同技术。根据亮度或角度随距离的变化，可以推断宇宙的膨胀历史。长期以来，研究宇宙结构和进化的科学家们基于广义相对论的简单物理学和宇宙膨胀，考虑了三种可能性，下文会详述。一方面，万有引力把一切都拉到一起，这种引力由宇宙中所有形式的物质和能量所支配。另一方面，存在着初始膨胀率，它的作用是把所有东西分开。
大爆炸标志着有史以来最伟大的竞争：引力和膨胀率之间的竞争。哪一个最终会赢？这个问题的答案应该会决定宇宙的命运。
一个遵循相对论定律，并以各向同性和均匀性充满物质或辐射的宇宙，不可能是静止的。它必须扩张或收缩，这取决于它的内部和数量。下面是科学家们认为的可能性:
宇宙在一次大的收缩中恢复。膨胀开始得很快，大量的物质和辐射将一切拉回到一起。如果有足够多的物质和能量，宇宙就会膨胀到最大的尺寸，膨胀会逆转到收缩，宇宙就会重新坍缩。宇宙永远膨胀，造成了巨大的冰冻。物质和能量的数量不足以抵消膨胀。宇宙永远在膨胀，膨胀率一直在下降，但从未达到零。宇宙的膨胀趋向于零。想象一下一二两种情况之间的边界情况。如果再多一个质子，宇宙就会重新坍缩，再少一个，就永远膨胀了。在这个关键的情况下，宇宙可能会永远以最慢的速度膨胀。要想知道哪个是正确的，需要做的就是测量宇宙膨胀的速度，以及膨胀速度随时间的变化。剩下的由物理学决定。
当宇宙膨胀时，物质和辐射的密度由于体积的增加而减少，而暗能量是空间本身固有的一种能量形式。随着宇宙膨胀产生新的空间，暗能量密度保持不变。这是现代天体物理学的重大课题之一。测量宇宙膨胀的速度，将知道现在宇宙的空间结构是如何变化的。测量膨胀率随时间的变化，将知道过去宇宙空间结构的变化。
把这两部分信息放在一起，就可以确定宇宙是由什么组成的，以及比例是多少。
根据测量结果，科学家们已经确定宇宙由0.01%的辐射，0.1%的中微子，4.9%的正常物质，27%的暗物质和68%的暗能量组成。这种探索早在20世纪20年代就开始了，但在90年代末却得到了意想不到的答案。
宇宙起源于过去一个更小、更热、更密集、更均匀的状态。不断膨胀的宇宙，充满了人类今天能看到的星系和复杂的结构。在已知物质和辐射之外，一定有某种新形式的能量驱动着当前的加速膨胀阶段。那么，如果暗能量支配着宇宙的膨胀，这对于宇宙的命运来说意味着什么呢?这完全取决于暗能量如何随时间演化。这里有五种可能。
1）暗能量是一个膨胀主导的宇宙常数。这是默认选项，因为科学家们现在有最好的数据。当宇宙膨胀时，物质密度变得更小，体积膨胀使物质变得稀薄，而暗能量则代表着空间结构本身固有的非零能量。当宇宙膨胀时，暗能量密度保持不变，导致膨胀率不是趋近于零，而是一个正值。
这就导致了一个指数膨胀的宇宙，97%的可见宇宙在这个条件下是无法到达的。
如果随着时间的推移，暗能量在强度上增加，而在方向上保持负值，那么大撕裂就会发生。2）暗能量是动态的，并且随着时间的推移变得更加强大。暗能量似乎是一种空间固有的新形式的能量，这意味着它具有恒定的能量密度。但它也可能随着时间而改变。它可能改变的方式是在大小上加强，这将导致宇宙的膨胀速度随着时间的推移而加快。
不仅远处的物体会加速远离我们，而且速度会越来越快。今天被引力束缚的物体，比如星系团、单个星系、太阳系，甚至原子，总有一天会随着暗能量的增强而脱离束缚。在宇宙的最后时刻，亚原子粒子和空间结构本身会被撕裂。这种“大撕裂”的命运是第二种可能性。
虽然物质、辐射和暗能量的能量密度是众所周知的，但暗能量的状态方程仍有很大的摆动空间。它可以是一个常数，也可以随着时间增加或减少。3）暗能量是动态的，并随时间衰减。暗能量还能如何改变?它非但不会加强，反而会衰减。当然，膨胀率与空间自身的恒定能量是一致的，但是这种能量密度也可能在下降。
如果它衰变为零，可能会导致上述最初的可能性之一:大冻结。宇宙仍然会膨胀，但没有足够的物质和其他形式的能量来重新凝聚。
然而，如果它衰减为负，可能会导致另一种可能性:大紧缩。宇宙中可能充满了空间固有的能量，这些能量会突然改变符号，导致空间重新坍缩。尽管这些变化发生的时间比宇宙大爆炸以来的时间还要长得多，但它仍有可能发生。
暗能量演化到未来的不同方式。保持恒定或增加强度可能会使宇宙恢复活力，而转变符号可能会导致一个大的紧缩。4）暗能量可以转变成另一种形式的能量，使宇宙恢复活力。如果暗能量没有衰减，而是保持恒定甚至增强，就会出现另一种可能性。这种能量可能不会永远保持这种形式。相反，它可以转化为物质和辐射，类似于宇宙膨胀结束和大爆炸开始时的情况。
如果暗能量在这一点之前保持恒定，将创造一个非常非常冷的扩散版本大爆炸，在那里只有中微子和光子可以自我创造。但是，如果暗能量的强度增加，它可能会导致一个类似膨胀的状态，随之而来的是一个新的、真正热的大爆炸。这是让宇宙恢复活力最直接的方法，并创造出一套类似于周期的参数，这样新创造的宇宙就有机会像现在的宇宙一样运转。
最简单的膨胀模型从一个峰值开始，在那里膨胀持续，然后滚到谷值，在那里膨胀结束并导致了大爆炸。如果这个谷值不是零，而是某个正值，量子就有可能进入一个低能量状态，这将对宇宙产生严重的后果。5）暗能量与量子真空的零点能量有关，它会衰变，毁灭宇宙。这是最具破坏性的可能性。如果暗能量不是真空在最低能量结构下的真实值，而是宇宙早期对称性打破伪最小构型的结果呢?
如果是这样，就会有一种方法让它通过量子隧道进入较低的能量状态，改变物理定律并摧毁所有量子场的束缚态。如果量子真空以这种特殊的方式不稳定，无论这种衰变发生在哪里，都将导致宇宙中一切物质在一个以光速向外膨胀的气泡中被毁灭。
哈勃望远镜的观测区域(左上)与WFIRST望远镜的观测区域相比，WFIRST的广阔视野可以捕捉到比以往更多的遥远超新星，使人类更好地确定暗能量的性质。尽管人类不知道这些可能性中哪一种是正确的，但观测数据与第一种可能性惊人地一致：暗能量确实是一个常数。现在，科学家们对宇宙如何演化的观测对暗能量的变化有多大的摆动空间提出了严格的限制。
随着美国国家航空航天局(NASA)WFIRST天文台的到来，科学家们准备把这个“摆动空间”缩小到十分之一左右。如果暗能量提供任何迹象表明宇宙的命运将不同于现在预测的命运，那么这个天文台将是揭示宇宙新真理的最佳机会。在这之前，人类只能知道应该考虑哪些可能性，剩下的取决于科学
