尽管宇宙学家们不敢肯定暗能量是什么，但是他们由此萌发了许多想法，并得到了三类可能的暗能量候选者：精质、真空能和幻影能。究竟哪种候选者能够“胜任”，这不但要依赖于一个参数值，而且还要依赖于该参数是否随时间而变。
10年前，宇宙学家们公布了一项震惊科学界的发现：一种未知的东西正在加速宇宙的膨胀。他们将其称为“暗能量”，然而对于暗能量的组成迄今仍是未解之谜。无论暗能量究竟是什么，毫无疑问的是它主导了宇宙的膨胀并决定了宇宙最终的命运。
如果宇宙的膨胀是加速的话，那么暗能量将最终撕开由引力所束缚在一起的物体。这并不仅仅意味着暗能量会撕裂超星系团。在这种渐增的加速膨胀中，暗能量还会撕裂本星系群，使得地球脱离太阳的束缚，并最终甚至将原子都撕成碎片。这惊心的一幕――宇宙大撕裂――将会是宇宙生命的绝响。
神秘的暗能量
越来越多的天文观测已经使得天文学家们能愈加精确地计算出宇宙中的物质密度和能量密度的百分比。这些观测中最为重要的几个是：宇宙微波背景实验、类星体的研究、引力透镜、星系结构巡天以及超新星的研究。
宇宙膨胀最早可追溯到1929年埃德温·哈勃(Edwin Hubble)和米尔顿·赫马森(Milton Humason)所作的观测。1998年，两个独立的天体物理学家小组［一个是澳大利亚国立大学斯特朗洛山天文台布赖恩·施米(Brian Schmidt)领导的，另一个是美国劳伦斯·伯克利国家实验室的索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)领导的］发现了宇宙正在加速膨胀。两个小组的测量结果都依赖于被称作“标准烛光”的天文方法。
标准烛光是具有某种本徵亮度的一类天体。因此，烛光所呈现的亮度依赖于它与我们相隔的距离。想象一下汽车车灯：由汽车车灯所呈现的亮度可以估算出汽车离我们有多远。
哈勃曾使用造父变星作为标准烛光来推算星系的距离。造父变星的光变周期和它的光度有关。通过观测造父变星的亮度变化周期，哈勃将观测到的亮度与其所特有的本徵光度进行比较，进而推算出造父变星和它们所在星系离我们的距离。
然而，判断宇宙是否在膨胀光知道距离是不够的。因此，哈勃还研究了星系的光谱并发现了它们谱线的“红移”。这种红移现象意味着这些星系正远离我们而去。哈勃通过对测得的星系距离和其远离的速率进行比较，得到了一个直接的关系：星系距离我们越远，其退行的速度就越快。这表明了宇宙在膨胀！
两个小组观测了Ia型超新星的光变曲线，发现距离越远的超新星要比在宇宙以匀速率膨胀的情况下得到的暗许多。这说明超新星的距离要比我们所预想的远很多。宇宙的膨胀正随着时间在不断的加速！
那么，驱使宇宙加速膨胀的暗能量究竟是什么呢？时至今日，这个问题仍然是科学家们悬而未决的难题之一。
我们直接能观测到的物质仅占宇宙的4．6％，那么剩下的95．4％是什么呢？通过对超新星和宇宙微波背景的观测，天体物理学家们已经发现暗物质占据了宇宙的大约23％，而剩下的72％则是暗能量。暗物质只参与引力而不参与电磁相互作用，这就意味着即使科学家通过引力了解到暗物质的存在，但是却没有办法直接观测到它们。暗能量甚至是更加令人匪夷所思的物质。绝大部分天文学家对暗能量的了解仅仅是：它有着负的压强并且起到加速宇宙膨胀的作用。
暗能量可能挑战万有引力定律
暗能量候选者？
尽管宇宙学家们不敢肯定暗能量是什么，但是他们由此萌发了许多想法，并得到了三类可能的暗能量候选者：精质、真空能和幻影能。每种候选者所导致的宇宙命运也截然不同。究竟哪种候选者能够“胜任”，这不但要依赖于一个参数值，而且还要依赖于该参数是否随时间而变。这个参数就叫做状态方程――它是压强与能量密度的比值。
在只有引力的作用下，状态方程是正值并将会使宇宙减速膨胀。由于暗能量都有着负的压强，因此它的状态方程是负值。事实上，为了加速宇宙的膨胀，宇宙绝大部分物质必须有着大于－1／3的状态方程。这一值也决定了宇宙的膨胀究竟有多快。此外，状态方程的值也不一定必须是常数，它可以随时间而变。
宇宙学家们根据状态方程的值将暗能量的候选者进行了划分。
精质状态方程的值位于－1／3到－1之间的就是精质。它是一个动力学场，这就意味着它的密度随着时间的变化而变化、因地点的不同而不同。
真空能真空能一词的由来源自于“真空”空间的能量。该空间充满了虚粒子，它们在“真空”中不停地出现又消失。真空能可以用爱因斯坦所创立的广义相对论中的宇宙学常数来描述。它的状态方程为常数－1，不随宇宙的膨胀而变化。
幻影能状态方程的值比－1小的一类是幻影能。在这个模型下，宇宙逐渐地被暗能量所主导，因此宇宙膨胀将会急剧地加速。那么幻影能有可能是什么呢？考虑到真空能包含了虚粒子，达特茅斯学院的罗伯特·考德威尔(Robert Caldwell)认为，幻影能或许是由越来越快地震动所释放出的一种反常粒子。
在宇宙学常数模型下，暗能量密度为常数；在幻影能模型下，暗能量密度是增加的。然而，人们或许希望暗能量密度随着宇宙的膨胀而减小，就如同滴入一盆水中的几滴染料在不断扩散一样。现代宇宙学理论是如何确定暗能量密度保持不变或是增加的呢？加州理工学院的马克·卡米科维斯基(MarcKamionkowski)解释道：“无论暗能量的密度是减小还是增加，这都取决于暗能量的状态方程。”
为了进一步地理解这句话，把一个充满热气的盒子想象成我们所观测的宇宙(由于观测者是随着观测地一起运动的，这样的观测区域因此被称为“随动”区域)。卡米科维斯基解释道：“由于高温所产生的高压可能把盒子的壁向外推。随后，盒子中的热能减少，但是能量仍然守恒，即损失的能量转化成盒子壁向外运动的能量。同样地，在一个膨胀的宇宙中，每个‘随动’区域内转化的能量也将和它相邻的区域不断地向外推。”
暗能量使得宇宙膨胀速度加快
前面提到过暗能量的状态方程是负的，因此其压强为负，卡米科维斯基说：“所以，在宇宙中每个随动区域内的暗能量实际上是增加的。在宇宙学常数模型下，增加的暗能量只有足够多才能够使得暗能量密度保持常数，然而每个随动区域内的暗能量仍然是增加的。对于幻影能而言，这种情形并没有什么不同，暗能量的增加只不过是多了一些而已。”
正如所有的暗能量候选者一样，幻影能同样不能被直接观测到，并且还留有诸多尚需解答的问题。但是，也与其他暗能量模型一样，宇宙学家们能够预测宇宙的未来并且推断出每种暗能量候选者是如何使得宇宙终结的。
宇宙终结（大撕裂）
诗人罗伯特·弗罗斯特(Robert Frost)曾经写过这样的一句话：“有人说世界将结束于愤怒之中；有人却说世界将结束于冷漠之中。”然而，宇宙的宿命或许充满了更多的暴力。宇宙学家们理论上证实了许多种宇宙终结的命运，但是这些都完全的依赖于暗能量的影响。
如果有朝一日暗能量密度消失的话，物质和辐射将最终主导宇宙。在这种情况下，由于引力起到决定性作用，所以宇宙的命运将是大坍缩，并且最终坍缩成如同黑洞一样的一个奇点。鉴于如今科学家们对暗能量的了解(主要是加速了宇宙膨胀)，宇宙大坍缩的命运并不是最可能发生的情景。然而，我们也不能排除这种可能性。
如果暗能量密度随着宇宙的膨胀仍然保持常数，那么宇宙的命运又会怎样呢？在这种情况下，由于宇宙无限的膨胀而使得温度降低到大寒冷。恒星将全部死亡，星系将到达哈勃距离以外，宇宙将变得异常的空虚和寒冷。宇宙微波背景辐射将冷却到只比绝对零度高一点点。大寒冷的命运使得宇宙不会终结，而是永远膨胀。
然而，如果暗能量是幻影能的话，等待我们的将是史无前例的一场浩劫――宇宙大撕裂。
我们再回顾一下，当状态方程小于－1，暗能量就是幻影能，宇宙渐渐地由暗能量所主导并且加速膨胀得越来越快。在这种情况之下，尺度因子(宇宙的相对膨胀)将变得无穷大。由于尺度因子比哈勃距离还要大，星系将消失在观测宇宙的视线之外。同大寒冷一样，地球上的观测者看到的星系将少之又少。然而，大撕裂与大坍缩和大寒冷最大的不同就是接下来要发生的事情。
幻影能将撕开由引力所束缚在一起的物体。宇宙中任何由引力所掌控的物体全部被瓦解。视界半径将收缩成一点，所有的物质全部会被撕碎。首先，本星系群被撕碎，接下来就是银河系。随着幻影能的继续增加，它将在宇宙终结前的一年左右使得地球脱离太阳引力的束缚；在幻影能终结宇宙前的大约一个小时，地球也将被撕裂。然而，悲剧还没有结束。
当所有由引力所束缚在一起的物体被撕碎以后，在宇宙终结前的几分钟，幻影能还将由电磁力和强相互作用力的物质维系在一起，包括分子、原子，甚至是亚原子粒子。然后，宇宙将结束于一个奇点，但是这个奇点与大爆炸和大坍缩的奇点又有稍许不同。在这种情况下，不是物质和辐射挤压在一起，相反地是宇宙中所有的物质被撕裂到无穷大。
而这就是宇宙的终结――大撕裂。这真是宇宙的壮歌，难道不是吗？
幸运的是，我们还不必为此事担心。考德威尔声称：“如果暗能量真是幻影能，那么宇宙要在550亿年以后才会发生大撕裂”。还有一些计算表明了至少要900亿年以后才会经历这悲壮的一幕。
卡米科维斯基指出：“如果状态方程比－1小很多，那么宇宙大撕裂的命运相对发生的较早。如果状态方程非常接近－1但仍然比－1要小，那么大撕裂就会迟些发生”。问题的关键是限定状态方程的取值。他说：“在过去的5年里，观测得到的结果显示状态方程的值十分接近－1”。
宇宙末日真的是大撕裂吗？如果是的话，那么它又何时发生？这些问题都要取决于状态方程的值。现在，宇宙学家们的当务之急就是得到状态方程的值并由此判断它是否为常数。
责任编辑 则鸣