第一類是物質(zhì),它包括常規(guī)物質(zhì)和暗物質(zhì)等任何具有正常引力相互作用的物質(zhì)。身為物質(zhì),它們不能以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)——其大部分能量必須是以自身質(zhì)量的形式存在,而不是以運(yùn)動(dòng)的方式。

第二類是以輻射形式存在的能量。這包括任何波長(zhǎng)的光,以及高速運(yùn)動(dòng)的粒子——這些粒子的質(zhì)量相比于其運(yùn)動(dòng)能量可以忽略不計(jì),因此被排除在物質(zhì)種類之外。這種粒子的行為更像是輻射能量而不是物質(zhì)。

最后一類是暗能量。宇宙常數(shù)應(yīng)該屬于這一類,另外還包括其他不會(huì)因宇宙膨脹而變稀疏的成分。

這三種基本類型——物質(zhì)、輻射和暗能量——對(duì)宇宙膨脹過程有各自不同的影響。雖然我們還不了解宇宙開始膨脹的原因,但愛因斯坦方程卻能明確地告訴我們,宇宙將如何在其內(nèi)部成分的作用下進(jìn)行膨脹。這三類中的前兩類——物質(zhì)和輻射——都會(huì)引起時(shí)空的彎曲和收縮,從而為宇宙膨脹減速。盡管其中輻射由于自身壓力的作用,能更有效地阻止宇宙膨脹,但二者的基本機(jī)制是相同的。宇宙中所有的物質(zhì)和輻射都會(huì)對(duì)其他物質(zhì)和輻射產(chǎn)生引力吸引作用。雖然隨著宇宙的膨脹,物質(zhì)間的距離會(huì)不斷增加,但引力卻想把這些物質(zhì)拉得更近。其綜合的效果就是為空間的膨脹減速。

第三類暗能量卻是非常古怪的。它不但不會(huì)減緩宇宙的膨脹,反而會(huì)提供一個(gè)額外的動(dòng)力為膨脹加速。在愛因斯坦方程中,唯一可以產(chǎn)生這樣一種時(shí)空拉伸效果的物理量,就是某種負(fù)壓力。我們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)遇到負(fù)壓力的情況。例如,為了讓水克服重力可以從樹根流到樹枝的頂端,樹的循環(huán)系統(tǒng)必須創(chuàng)造出一種負(fù)壓力。然而,構(gòu)造出具有負(fù)壓力的宇宙成分卻并不容易——宇宙中物質(zhì)的壓力基本為零,而輻射則具有正壓力,因此無(wú)論暗能量是什么,它必須從本質(zhì)上區(qū)別于任何已知的事物。

在一個(gè)只有物質(zhì)存在的宇宙中,物質(zhì)的數(shù)量將決定宇宙最終的命運(yùn)。如果物質(zhì)密度低于一個(gè)臨界數(shù)值,宇宙將永遠(yuǎn)膨脹,盡管其膨脹速度會(huì)受到物質(zhì)的影響而放慢,但絕不會(huì)減小到零。而如果物質(zhì)密度高于這個(gè)臨界值,則會(huì)導(dǎo)致一個(gè)瘋狂的結(jié)果——物質(zhì)自身的引力吸引作用將使膨脹逐漸停止。時(shí)空將停止拉伸,隨后開始加速收縮,直到走向大爆炸的反面——大擠壓(Big Crunch)。