20 世纪 20 年代末，爱德文·哈勃发现星系退行速度与它们和地球的距离成正比，这就是著名的“哈勃定律”，它表明宇宙不是静态的，而是在不断地膨胀。这一发现是宇宙大爆炸理论的关键证据之一。
但是一直以来，天文学家认为宇宙膨胀的速度正在减慢。但是直到上世纪末，天文学家有了一个惊人的发现，它犹如一颗重磅炸弹震撼了科学界，那就是宇宙很可能在加速膨胀。
要解释宇宙为什么正在加速膨胀，还要从“超新星”说起，确切的说是Ia型超新星，它是一种特殊的超新星，其爆发机制导致它们具有几乎一致的峰值光度，因此可以作为“标准烛光”。天文学家通过观测不同距离的Ia型超新星的视星等，结合其已知的绝对星等，利用距离模数公式来测量它们与地球的距离。上世纪90年代末，两个团队试图通过观测Ia型超新星，来优化哈勃常数的估算值。哈勃常数是描述宇宙膨胀速度的一个关键物理量，它表示星系退行速度和距离之间的比例关系。他们原本以为这项研究能让他们看到过去的宇宙膨胀速度比现在快了多少，毕竟在这之前科学家们一致认为，宇宙大爆炸之初膨胀过快，引力来不及拉住它，在后来的漫长岁月当中，引力又迎头赶上，一直努力拖慢膨胀的速度。然而，当他们将Ia型超新星所在的遥远星系与近邻星系的类似研究放在一起对比时，结果却令他们大吃一惊。1998年，这两个团队不约而同地发现，他们的观测结果暗示宇宙在遥远的过去膨胀得更慢。也就是说，今天的宇宙膨胀得比过去更快，我们可以理解为宇宙正在加速膨胀。
根据哈勃定律，星系退行速度和它们与地球的距离成正比，退行速度可以通过星系光谱的红移来确定，红移量越大，代表着星系退行速度越快。在对大量超新星的观测中，发现距离越远的超新星，其红移量越大，更远的超新星比预期的更暗、红移更大，这意味着宇宙在加速膨胀。
那么究竟是什么神秘力量在背后推动宇宙加速膨胀？这成为当代物理学界最亟待解决的谜题之一。传统的物质与引力理论，也就是按照已知的由普通物质和暗物质所产生的引力，宇宙应当是在引力作用下逐渐减速膨胀，最终甚至可能走向收缩。所以，科学家推测存在一种前所未有的、具有反引力性质的神秘能量，它能够克服物质间的引力作用，驱动宇宙加速膨胀，这种神秘能量被命名为 “暗能量”。
暗能量究竟是什么？目前尚无定论。科学家推测，它约占宇宙总质能的68%，从目前的物理学认知来看，暗能量不是物质，它是一种与物质有着本质区别的、充满神秘色彩的能量形式，它无法被直接观测到，只能通过其对宇宙膨胀的影响间接推断它的存在。
从目前的大多数观测证据和理论模型来看，宇宙正在加速膨胀是一个被广泛接受的观点，但仍然存在一些不确定性和争议。首先，用于观测宇宙膨胀的方法都存在一定的误差。例如，超新星观测可能受到星际尘埃的影响，尘埃会吸收和散射光线，从而改变观测到的超新星的亮度，导致距离估算不准确。另外，尽管暗能量模型能够解释宇宙加速膨胀，但暗能量的本质仍然是一个巨大的谜团。而且，目前还没有直接探测到暗能量，这也使得一些科学家对宇宙加速膨胀的解释持谨慎态度。
很多人可能会问，宇宙会一直膨胀下去吗？宇宙最终的命运会是怎样的？实际上，科学界现阶段还不能确切回答这些问题，目前只能给出几种宇宙未来的可能性。
目前最主流的观点倾向于宇宙会因暗能量的存在而持续膨胀。如果暗能量持续主导，宇宙将会无限加速膨胀下去。在遥远的未来，星系之间的距离会变得无比遥远，以至于它们彼此之间的引力联系被彻底切断。恒星将逐个燃尽燃料，最终熄灭，宇宙将陷入无尽的黑暗与寒冷之中，这便是所谓的 “大冻结” 结局。
而倘若暗能量的性质发生意想不到的变化，例如它的能量密度突然衰减或者转变为具有引力吸引性质，宇宙的演化路径又将截然不同。有可能宇宙会重新回归减速膨胀，甚至开始收缩，最终所有物质又重新聚集在一起，引发一场与宇宙大爆炸相反的 “大塌缩”，宇宙将回归到初始的奇点状态，等待下一次 “轮回” 爆发。
另一个更极端的可能性是“大撕裂”，暗能量的排斥力会越来越强，最终撕裂星系、恒星，甚至原子，宇宙将走向彻底的瓦解。
对于宇宙是否会一直膨胀下去的几种可能性，不管是“大冻结”、“大坍缩”，还是“大撕裂”，这些预测只是基于当前的宇宙学理论和观测数据，但仍然存在很大的不确定性。随着未来科学的发展，这些预测可能会发生变化。
由于我们现在对暗能量几乎是一无所知，甚至有人推测暗能量可能并不存在，所以现在我们真的不知道在遥远的未来，宇宙是否会一直膨胀下去，以及宇宙的命运会走向何方。或许有一天，我们能够解开暗能量之谜，到那个时候才可能彻底了解宇宙膨胀的本质，并预言宇宙的最终命运。
作者：星众成光
审核：中国科学院国家空间科学中心研究员 李明涛
出品：中国科协科普部
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