宇宙這個話題已經講到了26期，那麼在前面的文章中我們已經說完了宇宙的過去，從宇宙暴脹、到大爆炸、再到中性原子形成，以及星系、星系團、大尺度結構的形成。
那麼在考慮了宇宙的過去以後，我們肯定就要思考宇宙的未來了，也就是說，一個膨脹的宇宙會給人類帶來怎樣的結局？
從1929年哈勃發現宇宙在膨脹以來，到1998年的70年間，我們一直認為，如果宇宙中的能量形式就是我們常見的普通物質、輻射、暗物質和中微子的話，那我們的宇宙從誕生以後到今天，乃至未來一直都會經歷減速的過程。
如果沒有啥特殊原因的話，我們宇宙會有以下三種結局：
第一種，大坍縮！這是大爆炸的一個逆向過程，說的是，宇宙從一個初始膨脹率開始，一直在經歷著不斷變大的過程，但是其中的物質和輻射所產生的引力一直在對抗著宇宙的膨脹。
如果物質和輻射的能量密度足夠大的話，它們所產生的引力會將宇宙的膨脹率降為0，然後變為負數，也就是說，引力不僅會讓星系的退行速度持續減慢，而且還會逆轉膨脹，整個宇宙會進入一個收縮的階段。
第二種，大凍結，跟上面的情況正好相反，物質和輻射的能量密度雖然可以一直降低宇宙的膨脹率，但是它不能讓膨脹率降為0，更不能使其變為負數，而會使得膨脹率無限的下降到一個不為0的正數，這樣的宇宙會一直變大，星系距離我們會越來越遠，空間會越來越冷，所以叫大凍結。
第三種，臨界宇宙，這種情況的宇宙正好處在了以上兩種情況的中間態，說的是，宇宙初始膨脹率和物質、輻射的能量密度完美平衡，引力會讓宇宙膨脹率無限的降低為0，這樣的宇宙既不會坍縮，也不會無限的變大，而是會無限的趨近於一個最大的值。
需要注意的是，宇宙膨脹率說的是單位距離上的速度，比如，每百萬秒差距每秒72千米，意思就是每隔326萬光年，星系的退行速度會增加每秒72千米。
在以上的三種情況中，宇宙膨脹率一直都在下降，第一種降到了負數，第二種無限的下降到了一個不為零，但是一個很小的正數，第三種就無限的下降到了0。
雖然宇宙膨脹率一直在下降，但是除了第一種情況以外，其他的兩種情況，只要是膨脹率不變為負數，星系都在遠離我們，只是遠離我們速度在不斷的下降。這個需要搞清楚，並不是說膨脹率下降了，星系就要靠近我們。
好，我們接著說，那宇宙的未來具體是哪種情況，我們就需要對宇宙的膨脹歷史作出探查，看一下宇宙從誕生以後的膨脹率是不是一直在下降，下降的規模是多少，因此我們就能推斷出以上三種情況，哪種更符合我們的真實宇宙。
要想了解宇宙的膨脹歷史，就需要對不同時期的星系的距離以及紅移進行測量，那哈勃當年用的造父變星肯定就不管用了，因為造父變星的適用距離非常有限，只有數百萬光年。
不過在這之後人們還是找到了很多測量距離的辦法，在前面的文章我也提到過，其中最著名，適用距離最遠的測距辦法就是Ⅰa型超新星。
再說Ⅰa型超新星之前，我們先說白矮星是怎麼來的？因為Ⅰa型超新星的爆發跟白矮星有著直接的關係。
我們知道宇宙中的恆星之所以能發光發熱，都源自於中心區域的核聚變反應，但是根據恆星質量的不同，其所進行聚變反應的速度和聚變反應的程度也不同，具體分為三種情況：
第一種，當一顆恆星的質量大於太陽質量的8%，而小於太陽質量的40%的話，這種恆星的光譜型就是M型，也就是我們常說的紅矮星，它雖然只能將氫聚變成氦，而且反應速度也很慢，但是它能夠在一生中將自身包含的所有的氫元素燒完，所以它的壽命很長，最長的紅矮星的壽命能達到20萬億年，這是啥概念，當今宇宙的年齡才138億歲。
這種恆星死亡以後，不會發生爆炸，而是會靜靜地變成一顆完全由氦組成的白矮星，很明顯，我們的宇宙中現在還沒有這種型別的白矮星。
第二種，當一顆恆星的質量大於太陽質量的40%，小於8倍的太陽質量的話，這種恆星的光譜型包括：K、G、F、A、和部分B型，它們能夠在即將死亡的時候，啟動第二階段的核聚變，將氦繼續融合，生成碳、氧、氖、鎂、矽等一些重元素，在它們死亡以後，核心區域會坍縮成一顆由碳和氧組成的白矮星，並且會吹散外殼，形成行星狀星雲。
這種恆星的壽命比較短，數十億年，到百億年之間，所以現今宇宙中的白矮星都是由碳和氧組成的。
第三種情況，它們的質量都在8個太陽質量以上，光譜型為O型，是宇宙中那些最大、最藍、最熱的恆星，這些恆星可以把氫元素一路聚變到鐵、鎳、鈷，反應非常的迅速，所以這種恆星的壽命都很短，一般幾百萬年到幾千萬年。
它們在死亡的時候，會發生劇烈的爆炸，中心區域會猛烈地坍縮成一顆中子星或者是黑洞，這就是我們常說的Ⅱ型超新星，或者叫核坍縮型超新星。
這種超新星爆發以後雖然很亮，但是它們沒有規律，本徵亮度都不一樣，所以不能當作標準燭光來使用，但是白矮星就不一樣了。
它們有很多共同的特點，比如說，它們都是由碳和氧組成的，它們的體積基本上和地球的差不多，但是密度是地球的幾百萬倍，它們之所以沒有被引力壓垮，完全是因為電子的簡併壓在努力的支撐著原子的結構，這種簡併壓力來自於泡利不相容原理。
說的是，在一個原子當中，不存在兩個量子態相同的電子，所以說一個原子的電子它會排斥其他原子的電子進入自己的範圍。
白矮星正是透過這種簡併壓保持穩定的，但是這種簡併壓也不是萬能的，當一顆白矮星的質量超過了錢德拉塞卡極限，也就是1.4倍太陽質量，其核心就會發生失控的核聚變反應，進而引發Ⅰa型超新星爆炸。
那麼問題是，本身就處在錢德拉塞卡極限以下的白矮星如何獲得質量呢？只要透過以下兩種方式：
第一種，我們知道宇宙中的雙星和三星系統比較多，所以一顆白矮星常會有一顆伴星，由於白矮星的質量很大，而且半徑很小，所以它的引力很強，因此白矮星就可以吸收伴星的物質，增加自己的質量。
這裡又分為了兩種情況，當白矮星吸積質量的速度比較慢的話，那麼偷來的氫氣就可以在白矮星的表面緩慢地燃燒，這時我們就會看到，在天空中出現了一顆新的恆星，等白矮星偷來的氫氣燒完了，這顆新出現的恆星也就會消失，然後白矮星又開始攢氫氣，又開始燃燒。這種間歇性的增亮過程，我們稱之為“新星”。
那麼當白矮星吸積質量的速度比較快，在短時間內，就將自己的質量吸到了1.4倍的太陽質量，那麼它的核心就會因為高溫、高壓，再次啟動碳聚變，由於白矮星比較緻密，聚變生成的能量散發不出去，都堆積在核心區域，這就又會導致核心溫度繼續升高，溫度的上升又導致核聚變更加的猛烈，進而又產生更多的熱量，因此白矮星就這樣失控了，然後就爆炸了，這就是Ⅰa型超新星。
第二種情況就是，當兩顆白矮星相撞融合以後，也會因為質量的增加，發生爆炸，也叫Ⅰa型超新星。
可以看出Ⅰa型超新星的爆發具有完全一樣的初始條件，一樣的白矮星，一樣的質量閾值，所以每一顆Ⅰa型超新星都有一樣的光變曲線，那一樣的光變曲線說的是，Ⅰa型超新星爆發以後，隨著時間的推移，它亮度的增加到變暗過程都是一樣的。
而且每一顆Ⅰa型超新星爆發以後，它的最大發光能力也是完全一樣的，所以我們只需要在地球上測量Ⅰa型超新星的視亮度，然後再結合它的紅移數值，就能知道它所在的星系和我們之間的距離了。
所以說Ⅰa型超新星可以當作標準燭光來使用，而且Ⅰa型超新星爆發所釋放的能量高達10^44焦耳，這個能量比太陽一生釋放的能量還要多，所以Ⅰa型超新星非常的明亮，這就意味著，它作為標準燭光的適用距離很遠。
以前我們使用其他的測距辦法最多能測到二三十億光年以外，那麼有了Ⅰa型超新星我們的測距範圍超過了160億光年。
所以在上世紀的90年代，就有兩個獨立的科學團隊，“超新星宇宙學計劃”團隊和“高紅移超新星研究”團隊，他們就對宇宙的膨脹歷史做了詳細的探查，測量了大量的、不同時期的Ⅰa型超新星。
到了1998年的3年，“高紅移超新星研究”團隊就首先發表了一篇論文，他們的結論是，現在宇宙的膨脹根本沒有減速，而是在加速，也就是說宇宙膨脹率沒有下降，這說明我們之前的猜測完全是錯誤的。
到了9月份，超新星宇宙學計劃團隊也發表了它們的測量結果，同樣的結論，星系的退行速度根本沒有減緩，隨著時間的推移，它們會越來越快的遠離我們。
那麼問題是，一個加速的宇宙意味著什麼？鑑於暗能量的話題也比較大，得分幾期說，所以今天的內容就到這裡了，下節課我們回答這個問題。
