引言：宇宙的結局到底是什么樣的？是大收縮、大反彈、大撕裂、還是持續(xù)膨脹和收縮循環(huán)往復、又或是最終走向熱寂呢？更為關鍵的是，我們究竟憑什么去預測宇宙的終極未來呢？
知識點I：勒梅特的宇宙
想要描述宇宙膨脹，只需在引力場方程里加入一個宇宙學常數就行了。1917年愛因斯坦最先引入了宇宙學常數，后來又拋棄了它；而在1934年，勒梅特又第一個將他重新請回。勒梅特在1927年的論文中提出宇宙擁有一個有限的過去，存在著一個熾熱的開端。不過宇宙膨脹的速度并不是恒定不變的。宇宙先是減速膨脹，隨后宇宙學常數的排斥力占了主導，超過引力后，宇宙就轉而加速膨脹，最后一直加速下去，變成指數膨脹的宇宙。這樣的宇宙曲率為正，宇宙學常數也為正，與愛因斯坦靜態(tài)宇宙相比，差別僅僅在于這個代表排斥力的宇宙學常數比愛因斯坦特定的取值稍微大了一點點而已。
知識點II：宇宙空間曲率&宇宙學常數
決定宇宙形態(tài)的有兩個參數：宇宙空間曲率K和宇宙學常數Λ。當K=0時是歐幾里得空間。Λ>0表示排斥力，Λ<0表示吸引力，Λ=0則為靜態(tài)。當Λ<0，不論K是多少宇宙都會收縮，而當Λ=0時，靜態(tài)宇宙不穩(wěn)定。因此大部分情況下宇宙都將膨脹。為了表述得更清楚些，1967年，愛德華·哈里森將這兩個參數的取值對應的宇宙未來總結成一張圖表，非常直觀。
現在，我們將宇宙學常數理解為宇宙的真空能。宇宙始于大約138億年前，早期宇宙尺寸很小，膨脹行為不受真空能的影響。隨著時間的推移，宇宙逐漸開始轉型了，當達到當今宇宙的57%大小時，真空能的作用開始顯現出來，宇宙膨脹速度最為緩慢，當宇宙大小達到現在的73%的時候，宇宙從減速膨脹變?yōu)榧铀倥蛎?，這件事情大概發(fā)生在45億年前。
知識點III：主要的宇宙結局
未來的宇宙無非是三種大方向：一是停止膨脹隨即坍縮，二是加速膨脹，三是維持現有的膨脹。
1）宇宙大收縮論：認為引力最終會導致宇宙的膨脹變慢、停滯，隨后開始收縮，不可阻止，最后再次形成無限密集的奇點，徹底摧毀任何事物。
2）宇宙大反彈，與宇宙大收縮論類似，但相對比較樂觀。引力會將所有物質壓縮成足夠小的空間，但而快速壓縮的力量足以啟動另一次宇宙大爆炸，宇宙萬物可能不會被徹底摧毀，有機會再獲重生。
3）與此類似的是宇宙循環(huán)論。宇宙會持續(xù)膨脹和收縮，循環(huán)往復。
4）熱寂說。引力無法遏制宇宙的膨脹，而且逐漸失控，因此宇宙會逐漸出現指數級膨脹，根據熱力學第二定律，隨著恒星一個接一個地熄滅，熱量會均勻分布在宇宙中，沒有了熱量傳遞，等于沒有了信息傳遞，宇宙死寂一片。
5）宇宙大撕裂。宇宙會加速膨脹，到最后，所有物質的引力都完全無法抗衡，所有的天體都會隨著時空的膨脹而被撕裂，想象一下我們身體里的原子分崩離析。
知識點IV：宇宙質量密度
為解決宇宙學常數太過“靈活”，對宇宙模型影響過大，1990年左右天文學家找到了一種新辦法，確定宇宙年齡只需要兩個參數，一是哈勃常數，代表宇宙普遍膨脹速率，可以通過觀測星系來測量的。另一個參數是宇宙質量密度。
根據廣義相對論，可以得到一個以物質為主的宇宙停止膨脹所需的宇宙密度，被稱為臨界密度ρ0。假如宇宙是平坦的，那么宇宙的臨界密度表達式為3H0^2/8πG。如果取哈勃常數為 H0 = 70 km/s?Mpc，那么ρ0 = 0.9×10^(-29) g/cm^3。
為了表達更為直觀，我們可以將宇宙總的物質的實際密度除以這個臨界密度，得到一個密度參數Ω0。在一個均勻的宇宙中，Ω0 >1，表示宇宙實際物質密度大于臨界密度，宇宙停止膨脹并轉為收縮，稱為“閉宇宙”。Ω0 <1，表示宇宙物質無力抵抗膨脹，宇宙會加速膨脹下去，稱為“開宇宙”。如果Ω0= 1，未來宇宙仍會膨脹，但速率會很慢。
知識點V：宇宙的構成
普朗克衛(wèi)星測量的微波背景輻射發(fā)現如今的宇宙非常平坦，宇宙的曲率與代表平直性的0曲率差別只在千分之五。（就好比我們地球表面，雖是圓的，但我們觀察眼前不遠處的土地，總覺得地是平的。）宇宙幾乎平直，因此臨界密度基本確定，剩下的問題就是測量宇宙的密度。
1998年，美國加州大學伯克利分校索爾·波爾馬特和澳大利亞國立大學布萊恩·施密特領導的兩個小組分別通過對Ia型超新星進行測距，獨立地發(fā)現宇宙正在加速膨脹。天文學家把這種推動力稱為“暗能量”。結合普朗克衛(wèi)星測得的微波背景輻射、引力透鏡效應觀測結果以及重子聲波振蕩現象，可以推測出宇宙在千分之六的精度上依然是平坦的，當前整個宇宙的密度非常接近臨界密度。而實際上我們可觀測到的物質僅約為臨界質量的4%，因此天文學家認為宇宙的密度是由重子物質、暗物質、暗能量和輻射組成。加之上世紀六七十年代有證據表明宇宙暗物質是可見物質的4倍，很容易得到宇宙中有70%是暗能量，26%是暗物質的結論。
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知識點VI：宇宙的未來
加速膨脹意味著總有一天任何觀測者眼前都會出現一個視界，在視界外，從很遠很遠的地方發(fā)出來的光就永遠無法到達我們這里，我們什么都看不到。在極遙遠的未來，宇宙膨脹得太快了，以至于任何物理過程都無法持續(xù)進行。
1000億年后，除本星系群之外，所有星系都離開“可觀測宇宙”的范圍。
1500億年后，宇宙微波背景輻射從2.7K冷卻到0.3K，以現有技術將無法再檢測。
4500億年后，本星系群的47個星系將匯聚成一個大星系。
8000億年后，隨著諸多紅矮星亮度下降，大星系整體光度也開始下降。
1萬億年后，星系中將不再形成新的恒星。假如暗能量密度恒定，那么宇宙擴張速度將使得大爆炸的證據不再可見。
100萬億年，所有恒星逐漸耗盡氫原子并死去。
120萬億年，宇宙中大質量天體只留下了矮星、中子星和黑洞。
1千萬億年，早已是白矮星的太陽表面溫度冷卻到5K。
3×10^43年，宇宙中唯一剩下的天體就是黑洞。
10^106年，幾乎所有的黑洞都因霍金輻射而消失，一切物質都衰變?yōu)閬喸宇w粒，逐漸向其最后的能態(tài)逼近——宇宙走向熱寂。
