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1、专题13 宇宙的边疆（测）（满分45分，时间45分钟）一、阅读下面的文字，完成后面题目。（9分）我们的宇宙外面是什么在宇宙学中，有一个非常重要的常数，叫做宇宙学常数。这个常数在我们的宇宙中起着一种斥力的作用，使得我们的宇宙加速膨胀。20世纪80年代末，诺贝尔奖获得者、美国理论物理学家温伯格指出，如果宇宙学常数显著地大于它现在所具有的数值，那么它的排斥作用就会过于巨大，以致万有引力根本不可能把物质吸引到一起形成恒星和星系。据此，一些科学家提出了所谓“人择原理”。也就是说，我们的宇宙为什么是这个样子，那是因为它必须是这个样子，生命才有可能产生，人类才有可能存在。或者说，一些物理常数的数值为什么必须
2、那么大，那是因为只有当它们的数值等于那么大的时候才会有人类存在。“人择原理”是当代物理学中争论最激烈的问题之一。大多数物理学家认为，在我们的宇宙中，自然规律之所以是这个样子，应该有着某种跟人类毫无关系的原因。“人择原理”最激烈的反对者说，这个原理是不科学的，它起着帮助“创世论”的作用，意味着有某个类似于上帝的设计者为最后创造出生命和人类，对即将通过大爆炸生成的宇宙作了细致的调节。但是，另一些物理学家则认为“人择原理”另有蹊径。他们认为我们的宇宙只不过是许多可能存在着的宇宙中的一个。事实上，许多物理学家和宇宙家已经开始相信我们的宇宙不是独一无二的，而是许许多多宇宙中的一个。按照这种“多重宇宙”思
3、想，有无数不同的宇宙和无数可能的自然规律。它们并非都生成恒星和星系。即使恒星和星系能够生成，它们那里的不同的自然规律也不一定会让恒星制造出那些对于生命来说至关重要的元素。当然，按照多重宇宙观点，我们的宇宙就不是惟一复杂到足以支持有意识的生命存在的宇宙。英国天文学家里斯认为，在多重宇宙中，数量众多的不适合人类居住的宇宙构成了一个巨大的“海洋”，在这个“海洋”中可能散布着一些“岛屿”，这些“岛屿”被称为“可居住宇宙”。在各个可居住宇宙物理常数的数值仅仅略微有些不同，都在允许生命存在的范围之内。我们的宇宙应该是一个普通的可居住宇宙，并无特别之处。 多重宇宙使得“人择原理”成为一种概率原理，从而具有了
4、科学依据。有一种能够把量子力学和广义相对论调和在一起的新理论，叫做弦论。这种理论主张一切物质都由极其细小的弦组成，这些弦具有一定的能量，在十维的时空中进行振动。弦论所描述的宇宙远不止一个，可达10500个。这是一个我们无法想像的巨大的数字。在这么多的宇宙之中，每个宇宙都有不同的物理特性，可居住宇宙的出现即使只有极其微小的频率，它的绝对数量也必定是一个非常大的数字。诚然，弦论是一种尚未被实验和观测证实的理论。可是，且不说弦论，实际上里斯走得比这更远。他认为在那些可居住宇宙的“岛屿”上，确定基本物理学和宇宙学状况的物理常数也许可以与我们的宇宙有很大差别。例如，它们或许有更重的电子，或许由一次较冷的
5、大爆炸演化而来，或许光会以较低的速度传播，或许万有引力会更强大。如果真是这样，那可居住宇宙出现的概率就大多了，但它们相互之间的差别也就十分巨大。（节选自王家骥别样宇宙花亦红，略有改动。）1从原文看，下列对“人择原理”有关内容的解说，不正确的一项是 （ ）（3分）A“人择原理”是一种以物理学为依据试图解释我们的宇宙生命诞生原因的理论。B“人择原理”认为我们的宇宙的自然规律与生命产生、人类存在之间有必然关系。C“人择原理”符合多重宇宙理论观点，是用以解释可居住宇宙的普遍适用的原理。D“人择原理”受到指责的一个重要原因，是它很容易被持“创世论”观点的人利用。【答案】C【解析】考点：理解文中重要概念的
6、含义。能力层级为理解B。2从原文看，下列对“实际上里斯走得比这更远”这句话的理解，正确的一项是（ ）（3分）A里斯发展了一种能够把量子力学和广义相对论调和在一起的弦论。B里斯接受了多重宇宙观点并通过实验和观测创建了新的理论体系。C里斯已为“人择原理”和可居住宇宙找到了更多的物理常数的证据。D里斯认为物理常数与生命产生之间的关系未必局限于已有的认识。【答案】D【解析】试题分析：解答此题，可将各选项表述同文本相关内容加以比照，题中，在这个题干句子的上下文有明确提示，“他认为在那些可居住宇宙的“岛屿”上，确定基本物理学和宇宙学状况的物理常数也许可以与我们的宇宙有很大差别”，可以判断出只有D项符合答案
7、。考点：理解文中重要句子的含意。能力层级为理解B。3依据原文提供的信息，下列推断不正确的一项是（ ）（3分）A虽然科学家都以我们的宇宙为参照来推求其他可居住宇宙的存在，但结论不尽相同。B尽管“人择原理”受到了普遍的质疑，但是它对促进弦论的发展却起到了较大的作用。C即使真正弄清了生命产生与物理常数的关系，也未必能准确描述可居住宇宙的数量。D虽然科学家对多重宇宙和可居住宇宙的认识不尽相同，但他们的认识正在逐步深入。【答案】B【解析】考点：分析概括作者在文中的观点态度。能力层级为分析综合C。二、阅读下面的文字，完成后面题目。（9分）暗能量与宇宙宇宙至少还能再活300亿年左右。美国科学家里斯于2004
8、年2月公布这一研究结果时，将其称为一个“好消息”。美国太空望远镜科学研究所的里斯等科学家说，他们首次对宇宙中暗能量的持久性进行了富有意义的测量，并得到上述结论。里斯等人的研究显示，暗能量的特性似乎不会随着时间的推移而发生变化，这意味着宇宙可能会永远膨胀下去，而不是像一些科学家所预言的那样会走向“大分裂”和“大坍塌”。上世纪20年代，埃德温哈勃发现宇宙并非静止而是在膨胀。1998年，科学家施密特通过超新星观测到宇宙在加速膨胀，他们用暗能量来解释这一现象。暗能量据认为可以产生与引力相反的排斥力。2003年7月23日，美国匹兹堡大学瑞安斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣称，发现宇宙暗能量存在的证
9、据。观测还发现近73%的宇宙由暗能量组成，这种奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨胀。目前，关于暗能量的来源主要有两种理论。一种观点认为，暗能量类似爱因斯坦曾在广义相对论中引入能产生排斥力的“宇宙常数”，是一种从真空中弥漫出来的能量，不会随着时间改变，强度固定。但也有科学家提出，暗能量与一种变化的动态能量场相关，能量场导致目前宇宙加速膨胀。按照暗能量稳定存在的假设，宇宙将会永远加速膨胀下去。而如果暗能量本身不稳定，那么宇宙有可能迎来动荡的末日。比如有科学家认为，如果暗能量的排斥力超出爱因斯坦的预测，那么宇宙可能最终会走向“大分裂”，所有物质将在宇宙的急剧膨胀中被撕裂。还有科学家预言，如果暗能量是可变
10、的，那么暗能量也许有一天会突然发生跳转，由排斥变成将膨胀的宇宙往回拉，宇宙最后将在向心挤压下产生“大坍塌”。里斯等人利用“哈勃”太空望远镜寻找到42颗超新星，对它们进行观测，以研究宇宙在过去不同历史时期的膨胀速率。研究结果显示，暗能量似乎更接近爱因斯坦的理论预测：即使暗能量产生变化，速度也不会很快。里斯称，新观测结果使他们对爱因斯坦“宇宙常数”正确性的信心倍增。科学家们指出，根据他们研究的新结果，即使爱因斯坦的理论是错误的，最起码在今后300亿年中，暗能量的变化不会导致宇宙毁灭。不过他们也强调说，要想加深对暗能量的理解和确定宇宙的最终命运，尚需要进行更多的观测。4下列对“宇宙膨胀”的解释，正确
11、的一项是（ ）（3分）A里斯认为暗能量的特性几乎是固定不变的，必将导致宇宙永远膨胀下去。B埃德温哈勃认为宇宙并非静止不动，而是在不断地膨胀。C施密特认为宇宙加速膨胀是暗能量可以产生与地球引力相反的排斥力所致。D瑞安斯克兰顿认为宇宙约有73%由暗能量组成，并且使宇宙加速膨胀。【答案】B【解析】考点：本题考查考生对文章重要概念的理解能力。5从全文来看，下列不属于里斯的研究成果的一项是（ ）（3分）A宇宙至少还能再活300亿年。B宇宙不会走向“大分裂”或“大坍塌”。C如果暗能量产生变化，速度也不会很快。D暗能量本身不稳定，宇宙有可能迎来动荡末日。【答案】D【解析】试题分析：D是除了里斯之外的科学家的
12、看法。考点：本题考查筛选信息的能力。6根据本文提供的信息，下列推断正确的一项是（ ）（3分）A里斯首次对宇宙暗能量的持久性进行测量，并最终确定宇宙还能再活300亿年。B如果物质在宇宙的急速膨胀中有的发生撕裂，那么宇宙最终会走向灭亡。C科学家认为，如果暗能量是可变的，那么地球也许有一天会突然发生跳转。D科学家强调说，只有细致的观察深入地研究，才能加强对暗能量的理解和确定宇宙的最终寿命。【答案】D【解析】试题分析：A由“至少还能再活300亿年”和文意可知300亿年并未确定；B是有可能走向灭亡；C是“暗能量”也许会突然发生跳转。考点：本题考查考生对文章的理解和分析能力。三、阅读下面的文字，完成后面题
13、目。 寻找暗物质云凡绝大多数天文学家均接受这样一个令他们困惑的事实：宇宙中看不见的物质在数量上要远远超过我们能够看到的。宇宙中的暗物质比构成我们普通世界的原子物质多得多。在阅读这段文字时，每秒将有100万暗物质粒子穿过你的小指。人们却看不到它们，因为它们不发射任何光，它们不带电荷，与原子物质的相互作用很少。暗物质没有电磁场，这也就意味着几乎无法借助任何常规科学测量设备探测到它们的存在。但人们知道它们是存在的，因为如果它们不存在，就无法解释宇宙的结构。1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方
14、厘米510-30克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。谁最先发现了暗物质呢？20世纪30年代，瑞士天文学家茨威基发表了一个惊人的言论：在星系团中，看得见的星系只占总质量的1%以下，而99以上的质量是看不见的。茨威基首先发现了暗物质的存在，但当时许多人并不相信茨威基的结果。万物之间存在万有引力，太阳系的八大行星围绕太阳旋转，越往外其转动的速度越低。20世纪70年代初，科学家在观测宇宙其他一些星系中的恒星运行速度时就发现，越往外，围绕中心的速度并不都是衰减下去，而是和内圈恒星的速度差不多。这与越往外
15、，物质越少，引力也越小，速度也应该越低的常规不符。科学家们大胆地猜测：宇宙中一定有某些物质没有被我们的天文观测所发现，这些物质被称为“暗物质”。科学家认为，通过测量物体围绕星系转动的速度可以找到暗物质存在的证据。计算的结果发现，星系的总质量远大于星系中可见星体的质量总和，推算的结果：星系中的暗物质约占宇宙物质总量的2030。 如何“网”住暗物质？科学家们也想了很多办法。地下实验室被认为是进行暗物质研究的最理想场所，其中的原因是：地下深处实验室能最大程度上免受宇宙射线对寻找暗物质存在证据的干扰。科学家认为，宇宙中的绝大多数暗物质并不含有原子，不会通过电磁力与普通物质发生相互作用。而在地面上，因为来自宇宙的射线众多，这些信号会对直接探测产生干扰，影响其鉴别能力。因此，地下实验室可以帮助探测器“挡”住干扰，让其“静心”工作。目前，全球地下实验室多达20多个，科学家正寻求将寻找暗物质的地下实验转移至更深的地点进行。美国费米实验室天体物理中心的两位科学家发现，暗物质存在另一种神秘效应，这种效应可能支持宇宙中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。费米实验室的科学家提出新的暗物质效应：遍布宇宙空间中的暗物质粒子可能在一种机制的作用下，进入一个行星的核中，并通过与物质的湮灭释放出足够的能量，这些能量能保证这颗行星上出现液态
