众所周知，我们所知的宇宙大约在138亿年前随着大爆炸的开始而诞生。从那个早期阶段开始，我们的宇宙一直在按照物理定律进行膨胀、冷却和引力作用。随着宇宙的演化，我们通过了一系列重要的里程碑，形成了我们今天观测和居住的宇宙。138亿年后，在我们本地超级星系团外围一个不起眼的星系的外臂上，人类出现了。

图注：我们对最遥远的星系调查可以揭示数百亿光年以外的天体，但在可观测的宇宙中，还有更多的星系我们还没有在最遥远的星系和宇宙微波背景之间发现，包括最早的恒星和所有星系。

随着宇宙的不断膨胀，宇宙的边界将越来越远。我们是如何将整个宇宙历史整合在一起的，从宇宙大爆炸的起因到今天，这是一件令人惊叹的事情。但是，这也引出了人类长期以来一直在思考的问题：我们最终的命运是什么？当我们到达宇宙的尽头时，会是什么样子？经过无数代的探索，我们比以往任何时候都更接近答案。

图注：我们可以肯定的是，太阳的进化将导致地球上所有生命的死亡。在太阳到达红巨星阶段之前很久，恒星的演化将导致太阳的光度显着增加，足以使地球的海洋沸腾，这肯定会导致人类灭亡，即使不是地球上的所有生命。尚不清楚太阳大小的确切增加率以及其阶段性质量损失的详细信息。在本地星系，我们的行星作为太阳系的一个组成部分，绕着太阳运行。

但是从长远来看，事情变得相对令人兴奋。太阳在燃烧其核心中的核燃料时，会缓慢升温并变得更亮：在太阳系存在的45亿年中，太阳的能量输出增加了约20-25％。

再过10亿到20亿年，太阳的温度将升高到足高，以至于地球会剧烈地升温，导致地球的海洋沸腾。到那时，这将有效地终止地球上的所有生命（至少，正如我们所知道的那样。），从而终结我们尚存的后代和进化表亲继续享有的生命。但是，我们星球的灭亡很可能不会被宇宙所注意到。

图注：当太阳变成真正的红巨星时，地球本身可能会被吞噬，但肯定会被前所未有地烘烤。太阳的外层膨胀到现在直径的100倍以上，但是其演化的确切细节以及这些变化将如何影响行星的轨道，仍然具有很大的不确定性。当然，还有很多要考虑的事情。随着宇宙的老化，恒星形成的速度持续下降。我们现在正在形成的新恒星数量仅是大约110亿年前峰值时的百分之几（也许是3-5％）。大爆炸之后，恒星形成达到了约30亿年的最大值，此后一直在下降。据我们所知，宇宙中将存在的大多数恒星已经被创造出来。

尽管星系将通过从星际介质中吸收新物质以及通过合并而继续增长，但我们将要形成的大多数结构已经形成。我们本地的星系团最终可能合并成一个巨大的Milkdromeda椭圆星系，它将主要在40至70亿年的银河系和仙女座相撞时形成。

图注：一系列的照片展示了银河系与仙女座的合并，以及当它发生的时候在地球上观测天空的的变化。这一合并将在未来大约40亿年内发生，伴随着巨大的恒星形成爆发，形成一个红色、死气沉沉、没有气体的椭圆星系：Milkdromeda。一个巨大的椭圆星系是整个本地星团的最终命运。尽管涉及的恒星规模巨大，数量众多，但在这一事件中，只有大约1万亿颗恒星发生碰撞或合并。是的，本地星系团在宇宙尺度上是相对较小的“土豆”。有两个或三个（如果包括三角座）大星系，以及大约60个小星系，本地星系团值得注意，只是因为它是我们的家。在现实中，星系群和星系团的质量是我们本地星系团的数十倍、数百倍甚至数千倍，在宇宙中很常见。处女座星团距离我们只有50-60百万光年，大约是我们本地星系团的1,000倍。

长期以来，我们不知道我们是否被引力束缚在一个更大的结构中，其中包括处女座星团。有时我们以为我们曾经是本地超星系团。具有讽刺意味的是，尽管我们现在有一个更大的结构的名字—— 拉尼亚凯亚超星系团 ——事实证明，没有这种"超星系团"规模结构，原因与整个宇宙的命运有关。

图注：包含银河系（红点）的拉尼亚凯亚超星系团 是我们本地星系团的所在地。我们的位置位于处女座星团的郊区（银河系附近的大型白色收藏）。尽管图像看起来具有欺骗性，但这并不是一个真实的结构，因为暗能量会驱使这些团块中的大多数分裂，并随着时间的流逝而破碎。在20世纪60年代，大爆炸被认为是我们宇宙起源才没多久，如果你去找一位天体物理学家，你问他们一个简单的问题，"我们的宇宙的命运是什么？" 在大爆炸和爱因斯坦的广义相对论的背景下，宇宙的膨胀速度，宇宙中物质的总量和类型，以及我们的命运，三间之间有着简单而直接的关系。

您可以想象这是两个参与者之间的宇宙竞赛：宇宙中所有事物的初始膨胀和总引力效应。大爆炸是起拍枪，一旦枪响了——正如天体物理学家会告诉你的那样——有三种可能的结果。

重新崩溃。膨胀开始得很快，但有足够的物质和能量让引力成功地克服它。膨胀变慢，宇宙达到最大尺寸，然后重新开始膨胀，最后出现一次大的挤压。永远膨胀。膨胀开始得很快，没有足够的物质和能量来克服最初的膨胀。膨胀速率下降，但从未达到零；宇宙永远膨胀，以大冻结结束。"金发姑娘（凡事都必须有度，而不能超越极限）"特殊情况。就在永远膨胀和重新崩溃之间的边界上，宇宙中再增加一个质子会导致重塌，但它不存在。膨胀渐近到零，但永远不会逆转。

图注：来自三个独立来源的暗能量限制：超新星、宇宙微波背景辐射和BAO（这是宇宙大尺度结构的一个特征）。请注意，即使没有超新星，我们也需要暗能量，发现的物质中只有1/6是正常物质，其余的一定是暗物质。从2011年起，这张图提供了一些回旋空间，以确定各种成分的膨胀率和密度。几十年来，宇宙学科学领域的重大探索——它本身就是天体物理学的一个分支——就是测量这些量：宇宙今天膨胀的速度有多快，膨胀率在宇宙的历史中是如何变化的。人们常说，关于广义相对论，“物质告诉空间如何弯曲；弯曲的空间告诉物质如何移动。”

那么，对于膨胀的宇宙，膨胀告诉光如何红移，而红移光揭示了宇宙的膨胀历史。由于时空与物质/能量之间的联系，测量宇宙在其历史中如何膨胀的能力，能够准确揭示宇宙由什么构成：宇宙中不同类型的能量是什么，以及它们如何迫使宇宙膨胀。

图注：过去不同时期宇宙中不同能量成分的相对重要性。请注意，当暗能量在未来达到接近100%的数值时，宇宙的能量密度（因此，膨胀率）将逐渐趋于一个常数，但只要物质仍留在宇宙中，它就会继续下降。过去30年左右，值得注意的是，我们已经能够收集到足够的观测结果，达到足够高的精确度，以至于曾经对哲学家和神学家提出的问题——想象当我们到达宇宙尽头时会发生什么——现在已经被科学地回答了。在我们曾经想象过的三种命运中，我们现在知道一些了不起的事情：它们都是不正确的。相反，当答案出现在它由什么构成和命运将是什么的问题时，宇宙让我们大吃一惊。

宇宙不是被物质、辐射或空间曲率所支配。相反，我们宇宙的最大组成部分是暗能量，它不仅会导致我们的宇宙不断膨胀，而且会导致这些消退的星系的速度无限制地增加。我们的宇宙不仅仅是在膨胀，而是加速膨胀：这些星系会越来越快地消退，它们被推得如此之远，以至于我们永远无法到达它们。

图注：宇宙的膨胀是加速还是减速，不仅取决于宇宙的能量密度（ρ），而且还取决于各种能量成分的压力（p）。对于暗能量这种压力很大且为负的物质，宇宙会随着时间的推移而加速，而不是减速。这首先是由超新星的结果所表明的，但后来被大规模的结构测量、宇宙微波背景以及其他测量宇宙的独立方法所证实。这对我们的宇宙的命运意味着什么？一方面，我们已经知道了很多事情。我们知道，膨胀已经加速了大约60亿年，暗能量主宰了整个地球的历史。我们知道，今天结合在一起的最大结构——星系、星系群和星系团——是有史以来最大的结构；这种加速膨胀正在使规模较大的结构被分开。

即使我们所看到的一切都与暗能量一致，暗能量是宇宙常数，在空间和时间上到处都是相同的能量密度，我们也不能确定。暗能量仍有可能进化，导致宇宙要么在一次大的碰撞中重新出现，要么永远膨胀，要么加速加速，最终在一次灾难性的大撕裂中甚至撕裂空间结构。

图注：暗能量可以演变为未来的不同方式。保持恒定或增加力量（进入大裂谷）可能使宇宙焕发青春，而反转迹象可能导致大危机。在这两种情况中的任何一种情况下，时间可能都是周期性的，而如果两者都不成立，时间可能是有限的，也可能是无限的。现在对宇宙学来说，是一个关键时期，因为新一代的天基和地面观测站，应该帮助我们揭示这些紧迫问题的答案。我们的宇宙会永远膨胀和加速吗？暗能量在空间和时间上真的是一个常数吗？还是暗能量以某种方式进化？是光滑还是不均匀？那对宇宙的命运意味着什么呢？

如果暗能量确实是一个常数，那么我们已经知道我们的宇宙将如何结束。它将永远膨胀；星系团和星系团内的星系将合并在一起，形成一个巨大的超级星系；个别的超级星系将加速远离彼此；恒星都会死或被吸入超大质量的黑洞；然后恒星残骸会弹出，而黑洞衰变。这可能需要10^100年时间，但最终，宇宙将是寒冷、死亡和空虚的。