我們所知道的宇宙的最早階段始于大爆炸，它充滿了高能粒子，反粒子和輻射。但為了建造這樣一個宇宙，我們需要一個由宇宙本身的内在能量主導的時期，呈指數級膨脹并最終衰變，導緻一個充滿物質、反物質和輻射的宇宙。
Image caption 遙遠宇宙的最深處的景象顯示，星系被暗能量推開。這些暗能量能與最初觸發一切的膨脹有關嗎？
現在，在膨脹結束138億年後，宇宙中的物質和輻射變得如此稀疏和密集，以至于發現了一種新的成分：暗能量。暗能量是空間本身固有的能量，并導緻宇宙呈指數級膨脹。雖然暗能量和膨脹之間有一些差別，但有一些獨特的相似之處。這兩種現象會相關嗎？如果是這樣，這是否意味着我們宇宙的開始（開始）和結束（結束）是相連的？
圖：在膨脹過程中，在量子尺度上，時空本身的波動會延長整個宇宙，導緻密度和不完美的引力波。
如果有兩種完全不同的力或機制在膨脹宇宙，那對我們來說是很奇怪的：十億年前和今天。但是當涉及到宇宙時，有很多事情對我們來說似乎很奇怪。首先，宇宙一定是在膨脹，但它不需要任何力量。事實上，當你選擇像我們這樣的宇宙時，它是：
由愛因斯坦的廣義相對論主導，
充滿物質，輻射和任何其他你喜歡的"東西"，
平均而言，它在所有位置和方向上都是相似的（anisyms），
你得出了一個有趣而令人不安的結論。愛因斯坦本人在相對論的早期首次得出了這個結論：這樣的宇宙不會因為引力的坍縮而變得不穩定。
圖：随着時間的推移，在引力的影響下，一個幾乎統一的宇宙将形成一個宇宙結構網絡。
換句話說，除非你想出一些「神奇的解決方案」來解決這個問題，否則你的宇宙將不得不膨脹或縮縮，這兩者都是可能的。你不能讓宇宙保持靜止，除非你組成一種新的力量。
當然，埃德溫·哈勃的工作還沒有完成。我們甚至不知道天空中的螺旋形物體是否是我們自己銀河系中的物體，或者它們本身是否是另一個星系。因為愛因斯坦最愛靜态宇宙（像大多數人一樣），他做了一個臨時的修複來保持它的靜态：他引入了宇宙常數的概念。
愛因斯坦場方程，其宇宙常數作為左側的最後一項包含在内。
愛因斯坦相對論的中心思想是，這個方程有兩個方面：物質和能量，以及時空。它說物質和能量的存在決定了時空的曲率和演化，時空彎曲和演化的方式決定了量子物質和能量的命運。
宇宙常數的加入表明："空間本身固有的這種新型能量導緻宇宙的結構以恒定的速度膨脹。"是以，如果有引力，那麼所有的物質和能量都在撞擊宇宙，當你有這個宇宙學常數來膨脹宇宙時，你畢竟可以得到一個靜止的宇宙。您所要做的就是比對兩個比率并準确地互相偏移。
圖：如果宇宙是完全統一的，或者如果一切都是完美分布的，那麼就不會形成大規模的結構。然而，任何小缺陷都可能導緻腫塊和空洞，正如宇宙本身所顯示的那樣。
事實證明，宇宙正在膨脹，不需要宇宙常數來抵消引力。相反，有一個初始條件是宇宙開始非常迅速地膨脹，抵消了所有物質和能量的引力。宇宙不是在縮小，而是在膨脹，膨脹的速度在放緩。
現在，有兩個自然的問題要問，事實上，自1920年代發現以來，之後：
是什麼原因導緻宇宙在早期就開始以如此快的速度膨脹？
宇宙的命運将是什麼？它會永遠擴張，最終逆轉并崩潰，在兩者之間的邊界上，還是别的什麼？
圖：宇宙的不同命運。實際上，加速的命運如右圖所示。大爆炸本身并沒有解釋宇宙本身的起源。
一個半世紀以來，第一個問題一直沒有得到解答，盡管有趣的是，威廉·德·西特（Willem de Sitter）立即提出了最初的建議，即它是導緻膨脹的宇宙常數。
Image caption 艾倫·古斯（Alan Guth）在1979年底的啟示最初被認為隻來自宇宙學常數，導緻宇宙膨脹的産生，作為"爆炸"宇宙的一種方式。
最終，在1980年代初，宇宙膨脹理論出現了，這表明了指數膨脹的早期階段，其中宇宙被與宇宙常數非常相似的東西所主導。
現在，它不可能是一個真正的宇宙常數（也稱為真空能量），因為宇宙不會永遠持續下去。相反，宇宙可能處于一個虛假的真空中，在這個真空中，空間本身具有一些固有的能量，然後衰變到一個較低的能量狀态，導緻物質和輻射出現：熱爆炸！
圖：大結構在宇宙中由暴脹及其預測（L）形成，與宇宙弦控制網絡（R）中的形成不同。
關于宇宙膨脹還有許多其他預測，除了一個之外，其他所有預測都得到了證明，是以我們接受宇宙的早期階段确實存在。
但是，當我們轉向第二個問題，關于宇宙的命運時，我們發現了一些非常奇怪的東西。雖然我們原本以為最初的快速膨脹和引力對宇宙中所有物質和能量的影響之間會出現某種競争，但我們發現有一種新的能量形式：一種叫做暗能量的東西。你不知道嗎？據我們所知，這種暗能量似乎與宇宙常數具有相同的形式。
圖：宇宙遙遠的命運提供了許多可能性，但如果暗能量确實是一個常數，正如資料顯示的那樣，它将沿着紅色曲線繼續。宇宙遙遠的命運提供了許多可能性，但如果暗能量确實是一個常數，正如資料顯示的那樣，它将沿着紅色曲線繼續下去。
現在，兩種類型的指數擴充（早期和晚期）在細節上非常不同。
宇宙中暴脹的早期時期持續了一段不确定的時間 - 也許短至10秒（-33）秒，可能幾乎是無限的，而今天的暗能量已經統治了60億年。
早期的膨脹狀态異常迅速，宇宙膨脹速度約為今天的10到50倍。相比之下，今天的暗能量約占今天膨脹率的70%。
早期狀态必須以某種方式與物質和輻射耦合。假設量子場論是正确的，那麼在足夠高的能級上一定存在某種"膨脹"粒子。而晚期暗能量根本沒有已知的耦合。
話雖如此，也有一些相似之處。
宇宙四種可能的命運中隻有最後一種與我們的觀察一緻。
它們都具有相同的（或不可區分的）狀态方程，這意味着宇宙尺度和時間之間的關系是相同的。
它們在廣義相對論引起的能量密度和壓力之間具有相同的關系。
它們都會導緻宇宙中相同類型的膨脹 - 指數膨脹。
注意：圖中的"開放漏鬥"部分表示在開始（在浪湧期間）和結束時（當暗能量占主導地位時）發生的指數膨脹。
但它們重要嗎？很難說。當然，原因是我們對他們中的任何一個都了解不多！當我想到擴張時，我喜歡想象一個2升的半汽水瓶。我想象一滴油漂浮在内部液體的頂部。這種高能狀态就像膨脹過程中的宇宙。
注意：如果擴張開始就像從一個完整的蘇打水瓶的"頂部"開始，那麼暗能量就像意識到你的汽水瓶的底部不是完全空的。在這兩種情況下，空間本身都有一種内在的能量。膨脹的因素要大得多，但暗能量的影響并非為零。
然後發生了一些事情，導緻液體從瓶子中排出。當然，石油在低能量狀态下沉到底部。
但是，如果液滴的上升不是從底部開始的 - 不是零，而是具有有限的非零值（例如，當希格斯場對稱性中斷時） - 這可能是暗能量的原因。将這兩個場（膨脹場和暗能量場）相關聯的模型通常被稱為典型模型。
建構有效的典型模型很容易。問題在于，很容易制作兩個單獨的模型，一個用于膨脹，一個用于暗能量。我們有兩個新現象，需要引入至少兩個新的"自由參數"才能使理論發揮作用。您可以或不要将它們綁在一起，但這些模型不得分開。
暗能量演化過多的模型（即w≠-1可以用資料排除）
到目前為止，我們所能做的就是排除某些類型的模型，其中膨脹率與早期或後期階段的觀察結果不一緻。但這些觀測結果也與暴脹本身一緻，暗能量來自完全不同的來源。我讨厭完全解釋我們所知道的，讓一種現象（膨脹）發生在大約10到15 GeV的能量範圍内，而另一種現象（暗能量）發生在大約1毫電子伏特的能量範圍内，然後不得不說，"我們不知道它們是否相關"，但這就是現實。
不幸的是，即使我們有許多先進的望遠鏡，如詹姆斯韋伯，WFIRST，LISA和ILC，我們也不會期望很快從資料中得到答案。我們最大的希望是理論上的突破，現在，随着科學家們專注于這個問題，我們不知道他們是如何到達那裡的。