Question

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发现引力波：整个宇宙都在颤动

2016年2月11日，激光干涉引力波天文台项目主管大卫．莱兹在华盛顿举行的新闻发布会上宣布发现了引力波，这或许标志着物理学一个新的时代的到来。从2015年9月起，在物理学界有一个一个没有得到官方的证实或否认的传言。据说经过了几年升级改建的先进激光干涉引力波天文台（advancedLIGO）在重新开始工作之后的一个星期内就探测到了引力波的信号。如今，传言终于得到了证实。升级之后，aLIGO的两个探测器探测到了距离地球13亿光年之外的两个黑洞在合并过程中放射出的引力波，这是在爱因斯坦发表了广义相对论一百年之后，人类第一次发现引力波存在的直接证据，这个发现将以一系列论文的形式发表在《物理评论快报》（PRL）杂志和《天文期刊》杂志上。

几千年来，人类观察宇宙的方式大多都只是仰望星空，直到几百年前人们才能通过望远镜进行观察，影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可见光的频率范围之内。直到二十世纪，人类理解了电磁学，才能从红外线到伽玛射线，在更广阔的频率范围内观测宇宙。想要看清宇宙的面貌，仅仅通过电磁波还远远不够，中微子天文台为宇宙科学家打开了又一扇门，但是这种方式的局限性仍然非常明显。引力是自然界中最为微弱的相互作用，广义相对论所描述的正是引力作用。根据广义相对论的预测，当质量进行加速运动时，会对于时空产生干扰，进而使时空产生出以光速行进的引力波，因为引力作用太过微弱，想要探测到这种时空的褶皱，就需要格外敏感的实验装置。

隶属于美国国家自然基金的华盛顿州和路易斯安那州建造的两个相似的激光干涉引力波天文台有两个长达4公里的相互垂直的长臂，激光在真空的管道中沿着两条长臂来回反射，并且发生干涉。科学家们的目标就是通过激光的干涉现象寻找引力波。根据理论预测，一旦有引力波经过，将会使空间发生拉伸和压缩，两个长臂中的激光的干涉现象就将发生变化。但是从2002年至2010年九年的时间里，这两个高精度引力波探测器没有任何收获。这些年的一无所获与周围环境对仪器的干扰有关，因为仪器的过分敏感，华盛顿州的探测器经常会受到大风的干扰，而路易斯安那州的探测器则经常会受到经过的火车和周围倒下的树木所产生的震动带来的干扰。

经过了5年时间，花费了2亿英镑之后，激光干涉引力波天文台完成了升级。在2015年9月18日重新开始工作的先进激光干涉引力波天文台比之前的精度可以高出三倍，激光器的功率提高了十倍，抗干扰的能力也大幅增强，无论是树木，火车，还是地震波都无法影响到仪器的探测。进行了全面的升级之后，先进激光干涉引力波天文台的灵敏度会随着调试逐渐上升，将在未来三年左右的时间里达到顶峰，也就是说探测到引力波的可能性会逐渐增加。

2015年9月14日早上，德国马克思·普朗克研究所的物理学家们就发现了在aLIGO两个探测器上几乎同时探测到了一个类似于鸟鸣的频率逐渐升高的信号，信号从35赫兹的频率迅速升高到250赫兹，然后变得混乱，整个过程持续了四分之一秒的时间，两个探测器的探测时间相差7微秒。这个信号因为太过清晰，以至于首先发现它的科学家甚至不敢相信这是一个真正的探测信号，宁愿相信这是一个人为的用于测验仪器的信号。而另外两个位于意大利和德国的引力波探测器在当时并没有运行，所以无法对这个信号进行确认。最终通过计算证实这个信号来自于两个以光速的一半的速度环绕运行的黑洞合并过程中发射出的引力波。aLIGO所探测到的引力波，经过了13亿年之后终于传播到地球。这个直接观测证据是对于广义相对论的最终证实（虽然实际上广义相对论的作者爱因斯坦并不相信黑洞的存在），这也是科学家们第一次真正观测到黑洞的合并过程。

虽然人类之前就从一个旋转周期逐渐缩小的脉冲双星系统发现了引力波存在的间接证据——那个双星系统的行为与广义相对论的预测完全一致，因此，人类将会有一个更为灵敏的宇宙学探测手段，天文学也可能会出现一个新的分支——引力波天文学。在理论上，通过引力波进行天文学探测，人类将可以了解一系列天体的移动和改变过程都会通过引力波传播的地球。物理学家们想象着在未来每年都可以探测到十次左右的中子星碰撞。

对于引力波存在的间接证明已经为两位物理学家赢得了1993年的诺贝尔物理奖，而这次对于引力波的直接观测，是否会赢得一个新的诺贝尔物理奖，这也让我们充满期待。对于引力波的直接观测必将开启宇宙学研究的新局面——人类将理解在我们的周围环绕着多少黑洞和中子星，更详细了解超新星的爆发过程。因为引力波具有纵波属性、穿透性很强，比同频光子穿透性要强得多，其通讯传输功能或许远远超越电磁波，地球对引力波来说几乎是透明的。宇宙诞生之初产生的“暴涨”引力波被称为原初引力波，它忠实记录了“暴涨”时期的物理过程，并一直存在于宇宙空间内。尽管大多数宇宙学家们已经接受了宇宙“暴涨”的假说，但人们仍然需要找到原初引力波存在的切实证据，完成宇宙创生故事的最后一环。

（选自2016年2月12日《三联生活周刊》，作者苗千，内容有删减）

1.下列关于原文内容的表述，不正确的一项是（     ）

A．几百年以前，人们能通过望远镜对星空进行观察，其影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可见光的频率范围之内。人类理解了电磁学之后，虽能从红外线到伽玛射线，在更广阔的频率范围内观测宇宙，但方式和效果仍然存在一定局限性。

B．德国马克斯普朗克研究所的物理学家们发现了aLIGO两个探测器上几乎同时探测到了一个类似于鸟鸣的频率逐渐升高的信号，信号从35赫兹的频率迅速升高到25赫兹，然后变得混乱，整个过程持续了四分之一秒的时间，首先发现它的科学家甚至不敢相信这是一个真正的探测信号，最终通过计算才得以证实。

C．升级之后，aLIGO的两个探测器探测到了距离地球13亿光年之外的两个黑洞在合并过程中放射出的引力波，这是在爱因斯坦发表了广义相对论一百年之后，人类第一次发现引力波存在的直接证据，这个发现以一系列论文的形式发表在了《物理评论快报》（PRL）杂志和《天文期刊》杂志上。

D．完成了全面升级重新开始工作的先进激光干涉引力波天文台比之前的精度可以高出三倍，激光器的功率提高了十倍，抗干扰的能力也大幅增强，其灵敏度会随着调试逐渐上升，将在未来三年左右的时间里达到顶峰。

2.下列理解，符合原文意思的一项是（     ）

A．在2002年至2010年九年的时间里，由美国建造的两个高精度引力波探测器没有任何收获。这与周围环境对仪器的干扰有关，因为仪器的过分敏感，路易斯安那州的探测器经常会受到大风的干扰，而华盛顿州的探测器则经常会受到经过的火车和周围倒下的树木所产生的震动带来的干扰。

B．发现引力波存在为两位物理学家赢得了1993年的诺贝尔物理奖，而这次对于引力波的直接观测的影响和意义势必将会在天文学领域出现一个新的分支——引力波天文学。

C．科学家们计算，本次所探测的在两个黑洞合并过程中释放出来的引力波，经过13亿年之后终于传播到地球，由此证明这两个黑洞合并过程至少是在13亿前进行的。

D．引力波无法通过电磁辐射直接观测，并且与宇宙中物质的相互作用非常微弱，这也是引力波为什么一直没有被观测到的重要原因之一。

3.根据原文内容，下列理解和分析不正确的一项是（     ）

A．引力波很少和物质起作用，我们可以利用引力波取代电磁波，用于宇宙间的长距离传输。因此，引力波可能会给人类带来全新的通讯方式，或许未来的引力波手机甚至不需要发射塔就可以实现全球联网。

B．引力波的发现，将为天文观测提供一种新的手段，打开观测宇宙的一扇心窗户。这将是全新的天文学领域，帮助人类更好地了解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体。

C．如果“暴涨”引力波被发现并得到证实，这种极其特殊的来自于宇宙创生时代的引力波可能告诉人类宇宙的更多故事，帮助我们揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的诞生之谜和运行机制。

D．引力波的发现，成为支持广义相对论的有力证据，使得相对论所预言的许多实验现象已被直接验证，其中就间接证实了广义相对论的作者爱因斯坦一百年之前对黑洞存在的猜想。

Answer

1.C

2.D

3.D

【解析】

1.

试题分析：题干问的是“下列关于原文内容的表述，不正确的一项”，这是考查学生对文本信息的辨析能力。C项，“这个发现以一系列论文的形式发表在了《物理评论快报》（PRL）杂志和《天文期刊》杂志上”有误，未然当已然，原文是“这个发现将以一系列论文的形式发表在《物理评论快报》（PRL）杂志和《天文期刊》杂志上”

【考点定位】筛选并整合文中的信息。能力层级为分析综合C。

【名师点睛】答题时注意分清答题的区域，错误设置一般为混淆范围，强拉因果、曲解文意、无中生有等，命题的手段为改变文章的表述和概括文章的内容。概括文章的内容较难，答题时首先浏览选项，在文中找到选项对应的区位，然后仔细分析，比如本题的C项源自文章第一段的结尾，文章的表述是“人类第一次发现引力波存在的直接证据，这个发现将以一系列论文的形式发表在《物理评论快报》（PRL）杂志和《天文期刊》杂志上”。

2.

试题分析：题干问的是“下列理解，符合原文意思的一项”，这是考查学生对文本信息的把握能力。A项，张冠李戴，原文是“华盛顿州的探测器经常会受到大风的干扰，而路易斯安那州的探测器则经常会受到经过的火车和周围倒下的树木所产生的震动带来的干扰”。B项，可能当必然，原文是“天文学也可能会出现一个新的分支——引力波天文学”。C项，无中生有，“两个黑洞合并过程至少是在13亿年前进行的”无依据。

【考点定位】筛选并整合文中的信息。能力层级为分析综合C。

【名师点睛】此类题目的题干一般是“下列理解符合原文意思的一项”或者“不符合的一项……”，答题时注意分清答题的区域，错误设置一般为混淆范围，强拉因果、曲解文意、无中生有等，命题的手段为改变文章的表述和概括文章的内容。概括文章的内容较难，答题时首先浏览选项，在文中找到选项对应的区位，然后仔细分析，比如本题的A项源自文章第三段的结尾；选项B源自文章第六段，选项C于文无据。

3.

试题分析：题干问的是“根据原文内容，下列理解和分析不正确的一项”。D项，“其中就间接证实了广义相对论的作者爱因斯坦一百年之前对黑洞存在的猜想”有误，曲解原意，广义相对论的作者爱因斯坦并不相信黑洞的存在。

【考点定位】分析概括作者在文中的观点态度。能力层级为分析综合C。

【名师点睛】像这种题目，考生应先认真审题，要从题干中审明答题的方向，比如本题中，“根据原文内容，下列理解和分析不正确的一项”；然后就要到文中找到与选项有关联的文字，然后看一看文中的信息与选项是否一致，或者选项的内容与文章的信息是否一致，或者由文中的信息能否得出选项中的结论。选项D的内容源自文章第五节，文章说的是“虽然实际上广义相对论的作者爱因斯坦并不相信黑洞的存在”。