《發(fā)現引力波整個(gè)宇宙都在顫動(dòng)》閱讀題及答案

　　試題內容：

　　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(fā)現引力波：整個(gè)宇宙都在顫動(dòng)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(fā)布會(huì )上宣布發(fā)現了引力波，這或許標志著(zhù)物理學(xué)一個(gè)新的時(shí)代的到來(lái)。從2015年9月起，在物理學(xué)界有一個(gè)一個(gè)沒(méi)有得到官方的證實(shí)或否認的傳言。據說(shuō)經(jīng)過(guò)了幾年升級改建的先進(jìn)激光干涉引力波天文臺（advancedLIGO）在重新開(kāi)始工作之后的一個(gè)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(shí)。升級之后，aLIGO的兩個(gè)探測器探測到了距離地球13億光年之外的兩個(gè)黑洞在合并過(guò)程中放射出的引力波，這是在愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對論一百年之后，人類(lèi)第一次發(fā)現引力波存在的直接證據，這個(gè)發(fā)現將以一系列論文的形式發(fā)表在《物理評論快報》（PRL）雜志和《天文期刊》雜志上。

　　幾千年來(lái)，人類(lèi)觀(guān)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(guò)望遠鏡進(jìn)行觀(guān)察，影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見(jiàn)光的頻率范圍之內。直到二十世紀，人類(lèi)理解了電磁學(xué)，才能從紅外線(xiàn)到伽瑪射線(xiàn)，在更廣闊的頻率范圍內觀(guān)測宇宙。想要看清宇宙的面貌，僅僅通過(guò)電磁波還遠遠不夠，中微子天文臺為宇宙科學(xué)家打開(kāi)了又一扇門(mén)，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(zhì)量進(jìn)行加速運動(dòng)時(shí)，會(huì )對于時(shí)空產(chǎn)生干擾，進(jìn)而使時(shí)空產(chǎn)生出以光速行進(jìn)的引力波，因為引力作用太過(guò)微弱，想要探測到這種時(shí)空的褶皺，就需要格外敏感的實(shí)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(gè)相似的激光干涉引力波天文臺有兩個(gè)長(cháng)達4公里的相互垂直的長(cháng)臂，激光在真空的管道中沿著(zhù)兩條長(cháng)臂來(lái)回反射，并且發(fā)生干涉。科學(xué)家們的目標就是通過(guò)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(jīng)過(guò)，將會(huì )使空間發(fā)生拉伸和壓縮，兩個(gè)長(cháng)臂中的激光的干涉現象就將發(fā)生變化。但是從2002年至2010年九年的時(shí)間里，這兩個(gè)高精度引力波探測器沒(méi)有任何收獲。這些年的一無(wú)所獲與周?chē)�環(huán)境對儀器的干擾有關(guān)，因為儀器的過(guò)分敏感，華盛頓州的探測器經(jīng)常會(huì )受到大風(fēng)的干擾，而路易斯安那州的探測器則經(jīng)常會(huì )受到經(jīng)過(guò)的火車(chē)和周?chē)�倒下的�?shù)木所產(chǎn)生的震動(dòng)帶來(lái)的干擾。

　　經(jīng)過(guò)了5年時(shí)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(kāi)始工作的先進(jìn)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(wú)論是樹(shù)木，火車(chē)，還是地震波都無(wú)法影響到儀器的探測。進(jìn)行了全面的升級之后，先進(jìn)激光干涉引力波天文臺的靈敏度會(huì )隨著(zhù)調試逐漸上升，將在未來(lái)三年左右的時(shí)間里達到頂峰，也就是說(shuō)探測到引力波的可能性會(huì )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(xué)家們就發(fā)現了在aLIGO兩個(gè)探測器上幾乎同時(shí)探測到了一個(gè)類(lèi)似于鳥(niǎo)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(gè)過(guò)程持續了四分之一秒的時(shí)間，兩個(gè)探測器的探測時(shí)間相差7微秒。這個(gè)信號因為太過(guò)清晰，以至于首先發(fā)現它的科學(xué)家甚至不敢相信這是一個(gè)真正的探測信號，寧愿相信這是一個(gè)人為的用于測驗儀器的信號。而另外兩個(gè)位于意大利和德國的引力波探測器在當時(shí)并沒(méi)有運行，所以無(wú)法對這個(gè)信號進(jìn)行確認。最終通過(guò)計算證實(shí)這個(gè)信號來(lái)自于兩個(gè)以光速的一半的速度環(huán)繞運行的黑洞合并過(guò)程中發(fā)射出的引力波。aLIGO所探測到的引力波，經(jīng)過(guò)了13億年之后終于傳播到地球。這個(gè)直接觀(guān)測證據是對于廣義相對論的最終證實(shí)（雖然實(shí)際上廣義相對論的作者愛(ài)因斯坦并不相信黑洞的存在），這也是科學(xué)家們第一次真正觀(guān)測到黑洞的合并過(guò)程。

　　雖然人類(lèi)之前就從一個(gè)旋轉周期逐漸縮小的脈沖雙星系統發(fā)現了引力波存在的間接證據——那個(gè)雙星系統的行為與廣義相對論的預測完全一致，因此，人類(lèi)將會(huì )有一個(gè)更為靈敏的宇宙學(xué)探測手段，天文學(xué)也可能會(huì )出現一個(gè)新的分支——引力波天文學(xué)。在理論上，通過(guò)引力波進(jìn)行天文學(xué)探測，人類(lèi)將可以了解一系列天體的移動(dòng)和改變過(guò)程都會(huì )通過(guò)引力波傳播的地球。物理學(xué)家們想象著(zhù)在未來(lái)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(jīng)為兩位物理學(xué)家贏(yíng)得了1993年的諾貝爾物理獎，而這次對于引力波的

　　直接觀(guān)測，是否會(huì )贏(yíng)得一個(gè)新的諾貝爾物理獎，這也讓我們充滿(mǎn)期待。對于引力波的直接觀(guān)測必將開(kāi)啟宇宙學(xué)研究的新局面——人類(lèi)將理解在我們的周?chē)�環(huán)繞著(zhù)多少黑洞和中子星，更詳細了解超新星的爆發(fā)過(guò)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(lái)說(shuō)幾乎是透明的。宇宙誕生之初產(chǎn)生的“暴漲”引力波被稱(chēng)為原初引力波，它忠實(shí)記錄了“暴漲”時(shí)期的物理過(guò)程，并一直存在于宇宙空間內。盡管大多數宇宙學(xué)家們已經(jīng)接受了宇宙“暴漲”的假說(shuō)，但人們仍然需要找到原初引力波存在的切實(shí)證據，完成宇宙創(chuàng )生故事的最后一環(huán)。

　　（選自2016年2月12日《三聯(lián)生活周刊》，作者苗千，內容有刪減）

　　1．下列關(guān)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(guò)望遠鏡對星空進(jìn)行觀(guān)察，其影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見(jiàn)光的頻率范圍之內。人類(lèi)理解了電磁學(xué)之后，雖能從紅外線(xiàn)到伽瑪射線(xiàn)，在更廣闊的頻率范圍內觀(guān)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(xué)家們發(fā)現了aLIGO兩個(gè)探測器上幾乎同時(shí)探測到了一個(gè)類(lèi)似于鳥(niǎo)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(gè)過(guò)程持續了四分之一秒的時(shí)間，首先發(fā)現它的科學(xué)家甚至不敢相信這是一個(gè)真正的探測信號，最終通過(guò)計算才得以證實(shí)。

　　C．升級之后，aLIGO的兩個(gè)探測器探測到了距離地球13億光年之外的兩個(gè)黑洞在合并過(guò)程中放射出的引力波，這是在愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對論一百年之后，人類(lèi)第一次發(fā)現引力波存在的直接證據，這個(gè)發(fā)現以一系列論文的形式發(fā)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(kāi)始工作的先進(jìn)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(huì )隨著(zhù)調試逐漸上升，將在未來(lái)三年左右的時(shí)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(shí)間里，由美國建造的兩個(gè)高精度引力波探測器沒(méi)有任何收獲。這與周?chē)�環(huán)境對儀器的干擾有關(guān)，因為儀器的過(guò)分敏感，路易斯安那州的探測器經(jīng)常會(huì )受到大風(fēng)的干擾，而華盛頓州的探測器則經(jīng)常會(huì )受到經(jīng)過(guò)的火車(chē)和周?chē)�倒下的�?shù)木所產(chǎn)生的震動(dòng)帶來(lái)的干擾。

　　B．發(fā)現引力波存在為兩位物理學(xué)家贏(yíng)得了1993年的諾貝爾物理獎，而這次對于引力波的直接觀(guān)測的影響和意義勢必將會(huì )在天文學(xué)領(lǐng)域出現一個(gè)新的分支——引力波天文學(xué)。

　　C．科學(xué)家們計算，本次所探測的在兩個(gè)黑洞合并過(guò)程中釋放出來(lái)的引力波，經(jīng)過(guò)13億年之后終于傳播到地球，由此證明這兩個(gè)黑洞合并過(guò)程至少是在13億前進(jìn)行的。

　　D．引力波無(wú)法通過(guò)電磁輻射直接觀(guān)測，并且與宇宙中物質(zhì)的相互作用非常微弱，這也是引力波為什么一直沒(méi)有被觀(guān)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(zhì)起作用，我們可以利用引力波取代電磁波，用于宇宙間的長(cháng)距離傳輸。因此，引力波可能會(huì )給人類(lèi)帶來(lái)全新的通訊方式，或許未來(lái)的引力波手機甚至不需要發(fā)射塔就可以實(shí)現全球聯(lián)網(wǎng)。

　　B．引力波的發(fā)現，將為天文觀(guān)測提供一種新的手段，打開(kāi)觀(guān)測宇宙的一扇心窗戶(hù)。這將是全新的天文學(xué)領(lǐng)域，幫助人類(lèi)更好地了解黑洞、中子星和其他難以采用傳統方法進(jìn)行觀(guān)測的天體。

　　C．如果“暴漲”引力波被發(fā)現并得到證實(shí)，這種極其特殊的來(lái)自于宇宙創(chuàng )生時(shí)代的引力波可能告訴人類(lèi)宇宙的更多故事，幫助我們揭開(kāi)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(fā)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(shí)驗現象已被直接驗證，其中就間接證實(shí)了廣義相對論的作者愛(ài)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(gè)發(fā)現將以一系列論文的形式發(fā)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(jīng)常會(huì )受到大風(fēng)的干擾，而路易斯安那州的探測器則經(jīng)常會(huì )受到經(jīng)過(guò)的火車(chē)和周?chē)�倒下的�?shù)木所產(chǎn)生的震動(dòng)帶來(lái)的干擾”。B項，可能當必然，原文是“天文學(xué)也可能會(huì )出現一個(gè)新的分支——引力波天文學(xué)”。C項，無(wú)中生有，“兩個(gè)黑洞合并過(guò)程至少是在13億年前進(jìn)行的”無(wú)依據）

　　3．D（曲解原意，廣義相對論的作者愛(ài)因斯坦并不相信黑洞的存在）

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