而暗能量的发现,使这种由成分来决定宇宙命运的方法失去了效果——至少在我们掌握暗能量究竟是什么以前。如果它确实是一个宇宙常数,其能量密度将永远保持相同的数值,宇宙会继续加速,并最终成为一个寒冷、空旷、寂静,甚至连最简单的结构都不复存在的荒芜世界。如果暗能量不是常数,那么一切都不好说了。暗能量可能会衰减,其影响力也会不断减弱,直到物质再次占据主导地位;它也可能会不断加强,直到把宇宙中的所有物质都撕成碎片,并导致我们称为大撕裂(Big Rip)的宇宙灾难。2究竟何去何从,我们真的不知道。
总的来说,宇宙特定时期的膨胀历史,是由那一时期占主导地位的成分来决定的。物质、辐射和暗能量这三类成分,在此过程中似乎都曾扮演过非常重要的角色。首先起主导作用的是辐射,它在把接力棒交给物质之前,曾经主宰了宇宙超过五万年的膨胀历史。物质随后接管了数十亿年的时间——从人类的角度看,这是一个幸运的转折,因为宇宙在这么长的时间内足以创造出我们赖以生存的恒星、星系和星系团。接着,在几十亿年前,暗能量开始控制宇宙,空间膨胀由此得到了第二波推动。
在这三个时期中的任何一个,占据统治地位的宇宙组分都将决定两方面的特征:宇宙膨胀的速率和引力汇聚物质形成更密集结构的能力。因此,当我们回溯宇宙历史时,也应该寻找这两个标志性的参数——宇宙膨胀速度,以及天体结构出现的时间和形成的速度。
问题是如何找到这些线索。爱因斯坦和他的广义相对论为我们绘制了令人难以置信的宇宙图景,刻画了上百亿年间物质和能量发生运动和聚集的历史,以及由此引起的时空扭曲和凹陷。这一理论也提供了一个实用的工具,一个可以被用来探索宇宙及其组成成分性质的工具。由时空扭曲引起的光线偏转,不仅是一种学术上的新鲜事物,它还将帮助我们制造出最强大的新式望远镜。接下来我们要介绍的就是它的操作流程。
