《發現引力波整個宇宙都在顫動》閱讀題及答案

時間：2024-09-15 11:40:58 閱讀答案我要投稿

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　　試題內容：

《發現引力波整個宇宙都在顫動》閱讀題及答案

　　一、現代文閱讀（9分，每小題3分）

　　閱讀下面的文字，完成1——3題。

　　發現引力波：整個宇宙都在顫動2016年2月11日，激光干涉引力波天文臺項目主管大衛．萊茲在華盛頓舉行的新聞發布會上宣布發現了引力波，這或許標志著物理學一個新的時代的到來。從2015年9月起，在物理學界有一個一個沒有得到官方的證實或否認的傳言。據說經過了幾年升級改建的先進激光干涉引力波天文臺（advancedLIGO）在重新開始工作之后的一個星期內就探測到了引力波的信號。如今，傳言終于得到了證實。升級之后，aLIGO的兩個探測器探測到了距離地球13億光年之外的兩個黑洞在合并過程中放射出的引力波，這是在愛因斯坦發表了廣義相對論一百年之后，人類第一次發現引力波存在的直接證據，這個發現將以一系列論文的形式發表在《物理評論快報》（PRL）雜志和《天文期刊》雜志上。

　　幾千年來，人類觀察宇宙的方式大多都只是仰望星空，直到幾百年前人們才能通過望遠鏡進行觀察，影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見光的頻率范圍之內。直到二十世紀，人類理解了電磁學，才能從紅外線到伽瑪射線，在更廣闊的頻率范圍內觀測宇宙。想要看清宇宙的面貌，僅僅通過電磁波還遠遠不夠，中微子天文臺為宇宙科學家打開了又一扇門，但是這種方式的局限性仍然非常明顯。引力是自然界中最為微弱的相互作用，廣義相對論所描述的正是引力作用。根據廣義相對論的預測，當質量進行加速運動時，會對于時空產生干擾，進而使時空產生出以光速行進的引力波，因為引力作用太過微弱，想要探測到這種時空的褶皺，就需要格外敏感的實驗裝置。

　　隸屬于美國國家自然基金的華盛頓州和路易斯安那州建造的兩個相似的激光干涉引力波天文臺有兩個長達4公里的相互垂直的長臂，激光在真空的管道中沿著兩條長臂來回反射，并且發生干涉�？茖W家們的目標就是通過激光的干涉現象尋找引力波。根據理論預測，一旦有引力波經過，將會使空間發生拉伸和壓縮，兩個長臂中的激光的干涉現象就將發生變化。但是從2002年至2010年九年的時間里，這兩個高精度引力波探測器沒有任何收獲。這些年的一無所獲與周圍環境對儀器的干擾有關，因為儀器的過分敏感，華盛頓州的探測器經常會受到大風的干擾，而路易斯安那州的探測器則經常會受到經過的火車和周圍倒下的樹木所產生的震動帶來的干擾。

　　經過了5年時間，花費了2億英鎊之后，激光干涉引力波天文臺完成了升級。在2015年9月18日重新開始工作的先進激光干涉引力波天文臺比之前的精度可以高出三倍，激光器的功率提高了十倍，抗干擾的能力也大幅增強，無論是樹木，火車，還是地震波都無法影響到儀器的探測。進行了全面的升級之后，先進激光干涉引力波天文臺的靈敏度會隨著調試逐漸上升，將在未來三年左右的時間里達到頂峰，也就是說探測到引力波的可能性會逐漸增加。

　　2015年9月14日早上，德國馬克思·普朗克研究所的物理學家們就發現了在aLIGO兩個探測器上幾乎同時探測到了一個類似于鳥鳴的頻率逐漸升高的信號，信號從35赫茲的頻率迅速升高到250赫茲，然后變得混亂，整個過程持續了四分之一秒的時間，兩個探測器的探測時間相差7微秒。這個信號因為太過清晰，以至于首先發現它的科學家甚至不敢相信這是一個真正的探測信號，寧愿相信這是一個人為的用于測驗儀器的信號。而另外兩個位于意大利和德國的引力波探測器在當時并沒有運行，所以無法對這個信號進行確認。最終通過計算證實這個信號來自于兩個以光速的一半的速度環繞運行的黑洞合并過程中發射出的引力波。aLIGO所探測到的引力波，經過了13億年之后終于傳播到地球。這個直接觀測證據是對于廣義相對論的最終證實（雖然實際上廣義相對論的作者愛因斯坦并不相信黑洞的存在），這也是科學家們第一次真正觀測到黑洞的合并過程。

　　雖然人類之前就從一個旋轉周期逐漸縮小的脈沖雙星系統發現了引力波存在的間接證據——那個雙星系統的行為與廣義相對論的預測完全一致，因此，人類將會有一個更為靈敏的宇宙學探測手段，天文學也可能會出現一個新的分支——引力波天文學。在理論上，通過引力波進行天文學探測，人類將可以了解一系列天體的移動和改變過程都會通過引力波傳播的地球。物理學家們想象著在未來每年都可以探測到十次左右的中子星碰撞。

　　對于引力波存在的間接證明已經為兩位物理學家贏得了1993年的諾貝爾物理獎，而這次對于引力波的

　　直接觀測，是否會贏得一個新的諾貝爾物理獎，這也讓我們充滿期待。對于引力波的直接觀測必將開啟宇宙學研究的新局面——人類將理解在我們的周圍環繞著多少黑洞和中子星，更詳細了解超新星的爆發過程。因為引力波具有縱波屬性、穿透性很強，比同頻光子穿透性要強得多，其通訊傳輸功能或許遠遠超越電磁波，地球對引力波來說幾乎是透明的。宇宙誕生之初產生的“暴漲”引力波被稱為原初引力波，它忠實記錄了“暴漲”時期的物理過程，并一直存在于宇宙空間內。盡管大多數宇宙學家們已經接受了宇宙“暴漲”的假說，但人們仍然需要找到原初引力波存在的切實證據，完成宇宙創生故事的最后一環。

　�。ㄟx自2016年2月12日《三聯生活周刊》，作者苗千，內容有刪減）

　　1．下列關于原文內容的表述，不正確的一項是

　　A．幾百年以前，人們能通過望遠鏡對星空進行觀察，其影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見光的頻率范圍之內。人類理解了電磁學之后，雖能從紅外線到伽瑪射線，在更廣闊的頻率范圍內觀測宇宙，但方式和效果仍然存在一定局限性。

　　B．德國馬克斯普朗克研究所的物理學家們發現了aLIGO兩個探測器上幾乎同時探測到了一個類似于鳥鳴的頻率逐漸升高的信號，信號從35赫茲的頻率迅速升高到25赫茲，然后變得混亂，整個過程持續了四分之一秒的時間，首先發現它的科學家甚至不敢相信這是一個真正的探測信號，最終通過計算才得以證實。

　　C．升級之后，aLIGO的兩個探測器探測到了距離地球13億光年之外的兩個黑洞在合并過程中放射出的引力波，這是在愛因斯坦發表了廣義相對論一百年之后，人類第一次發現引力波存在的直接證據，這個發現以一系列論文的形式發表在了《物理評論快報》（PRL）雜志和《天文期刊》雜志上。

　　D．完成了全面升級重新開始工作的先進激光干涉引力波天文臺比之前的精度可以高出三倍，激光器的功率提高了十倍，抗干擾的能力也大幅增強，其靈敏度會隨著調試逐漸上升，將在未來三年左右的時間里達到頂峰。

　　2．下列理解，符合原文意思的一項是

　　A．在2002年至2010年九年的時間里，由美國建造的兩個高精度引力波探測器沒有任何收獲。這與周圍環境對儀器的干擾有關，因為儀器的過分敏感，路易斯安那州的探測器經常會受到大風的干擾，而華盛頓州的探測器則經常會受到經過的火車和周圍倒下的樹木所產生的震動帶來的干擾。

　　B．發現引力波存在為兩位物理學家贏得了1993年的諾貝爾物理獎，而這次對于引力波的直接觀測的影響和意義勢必將會在天文學領域出現一個新的分支——引力波天文學。

　　C．科學家們計算，本次所探測的在兩個黑洞合并過程中釋放出來的引力波，經過13億年之后終于傳播到地球，由此證明這兩個黑洞合并過程至少是在13億前進行的。

　　D．引力波無法通過電磁輻射直接觀測，并且與宇宙中物質的相互作用非常微弱，這也是引力波為什么一直沒有被觀測到的重要原因之一。

　　3．根據原文內容，下列理解和分析不正確的一項是（）

　　A．引力波很少和物質起作用，我們可以利用引力波取代電磁波，用于宇宙間的長距離傳輸。因此，引力波可能會給人類帶來全新的通訊方式，或許未來的引力波手機甚至不需要發射塔就可以實現全球聯網。

　　B．引力波的發現，將為天文觀測提供一種新的手段，打開觀測宇宙的一扇心窗戶。這將是全新的天文學領域，幫助人類更好地了解黑洞、中子星和其他難以采用傳統方法進行觀測的天體。

　　C．如果“暴漲”引力波被發現并得到證實，這種極其特殊的來自于宇宙創生時代的引力波可能告訴人類宇宙的更多故事，幫助我們揭開宇宙的各種謎團，甚至了解宇宙的誕生之謎和運行機制。

　　D．引力波的發現，成為支持廣義相對論的有力證據，使得相對論所預言的許多實驗現象已被直接驗證，其中就間接證實了廣義相對論的作者愛因斯坦一百年之前對黑洞存在的猜想。

　　試題答案：

　　1．C（未然當已然，原文是“這個發現將以一系列論文的形式發表在《物理評論快報》（PRL）雜志和《天文期刊》雜志上”）

　　2．D（A項，張冠李戴，原文是“華盛頓州的探測器經常會受到大風的干擾，而路易斯安那州的探測器則經常會受到經過的火車和周圍倒下的樹木所產生的震動帶來的干擾”。B項，可能當必然，原文是“天文學也可能會出現一個新的分支——引力波天文學”。C項，無中生有，“兩個黑洞合并過程至少是在13億年前進行的”無依據）

　　3．D（曲解原意，廣義相對論的作者愛因斯坦并不相信黑洞的存在）

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