题目内容

【题目】阅读下文,完成各题。

永远膨胀下去的宇宙的未来相当乏味。但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。然而,可能还有其他种类的暗物质,还未被我们探测到,它会使宇宙的平均密度达到或超过临界值。这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话,我们就应觉察到了它对星系旋转或星系团中星系运动的效应。

为什么我们应该认为,也许存在足够的暗物质,使宇宙最终坍缩呢?为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢?其理由在于,哪怕宇宙现在只具有十分之一的临界密度,都需要不可思议地仔细选取初始的密度和膨胀率。如果在大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一,宇宙就会在十年后坍缩。另一方面,如果那时宇宙的密度小于同一个量,宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物。

宇宙的初始密度为什么被这么仔细地选取呢?也许存在某种原因,使得宇宙必须刚好具有临界密度。看来可能存在两种解释。一种是所谓的人择原理,它可被重述如下:宇宙之所以是这种样子,是因为否则的话,我们就不会在这里观测它。其思想是,可能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质。只有在那些宇宙中才有智慧生物去诘问这样的问题:密度为什么这么接近于临界密度?如果这就是宇宙现在密度的解释,则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。十分之一的临界密度对于星系和恒星的形成已经足够。

然而,许多人不喜欢人择原理,因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这么接近于临界值寻求另外可能的解释。这种探索导致极早期宇宙的暴涨理论。其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过,正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。然而,宇宙的暴涨更迅猛更极端得多:在一个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加,会使宇宙这么接近于准确的临界密度,以至于现在仍然非常接近于临界密度。这样,如果暴涨理论是正确的,宇宙就应包含足够的暗物质,使得密度达到临界值。这意味着,宇宙最终可能会坍缩,但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。

【1】下列对宇宙“临界密度”的理解,不正确的一项是( )

A.宇宙密度的临界值很重要,大于它或者小于它最终都会导致宇宙膨胀而产生大爆炸。

B.为何宇宙必须刚好具有临界密度,人择原理和暴涨理论都是两种可能的解释。

C.如果宇宙的平均密度超过临界密度,那么宇宙就会坍缩。

D.如果宇宙的密度小于临界密度,它就不会坍缩而会永远膨胀下去。

2下列对“人择理论”的理解,正确的一项是( )

A.人择原理的提出是人们通过对宇宙的观测从而得出的理论。

B.人择理论者认为只有那些有智慧生物的宇宙,因为密度接近于临界密度,所以才得以“存活”。

C.人择原理实际上就是对宇宙密度的人为确定,因此宇宙密度也可以任意改变。

D.人择原理实际上就是从现行的宇宙状况出发去认识宇宙的临界密度,其思想即“存在就是合理的”。

3下列说法,不符合文意的一项是( )

A.暴涨理论反对人择理论那种对人们自身存在的过分倚重,而对宇宙的临界密度寻求另外可能的解释。

B.根据暴涨理论,宇宙的密度就是在一次次迅猛、极端的暴涨中接近于准确的临界密度。

C.如果暴涨理论是正确的,那么在星系和星系团之外可能存在着其他种类的暗物质。

D.现在的宇宙“安然无恙”既没膨胀也没坍缩,处于一种“稳定状态”。

【答案】

【1】A

【2】D

【3】D

【解析】

【1】“最终都会导致宇宙膨胀而产生大爆炸”错,根据文意,小于这个临界值会膨胀,大于这个临界值会坍缩。

【2】A项,“通过对宇宙的观测”错,人择原理就是人们的主观认识;B项错在“那些有智慧生物的宇宙”,没有智慧生物的宇宙也会“存活”;C项,不是人为确定和改变宇宙密度。

【3】由最后一句话可以得出,宇宙这一百五十亿年来都是处于膨胀状态。

练习册系列答案
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【题目】读下面的文字,完成问题。

宇宙之谜:只剩下为数不多的细节

李淼

没有什么谜语比写在天上的更加巨大了。我们的宇宙存在了多长时间?它由什么组成?宇宙中的结构是怎么一步一步地形成的?这些不同的能量成分的起源是什么?最后,时间和空间的本质是什么?

最近欧洲航天局的普朗克卫星让我们更加接近了这些巨大谜语的答案。

最近十年来,宇宙学家掌握的宇宙的细节超出了过去整个宇宙学史所掌握的,几乎可以给出一个精确的宇宙进化史,只剩下不多的细节了。各种不同的天文学观测手段对我们的知识做出了贡献,宇宙学家尤其喜欢谈论WMAP,这是一个在太空中观测宇宙中无所不在的射电信号的航天器。

这两年,大家的注意力和谈话内容转移到了欧洲发射的普朗克卫星,这颗卫星的寿命虽然比WMAP短,但造价更高,能力更强。2013年3月21日,欧洲航天局和普朗克卫星科学工作组第一次发布了研究成果,全世界的宇宙学家正忙于解读这些成果。

最初的宇宙学

哥白尼伽利略牛顿解开太阳系之谜之后,天文学家和物理学家是上世纪才慢慢解开宇宙之谜的。

哈勃等人先发现银河系不是整个宇宙,后来,哈勃又发现银河系之外的遥远的天体相对我们作退行运动。哈勃用类似的方式发现了河外星系和宇宙膨胀,但他得出的宇宙膨胀速度比现在大了近十倍,这和当时测量距离的粗糙方式有关。即使测量非常不准确,但不妨碍他的定性结论的正确性:远离我们的星系相对我们的退行速度与距离成正比。

自然,理论家总是历史中的先知。在哈勃发现哈勃定律之前的十年,第一代宇宙学家在爱因斯坦的时空理论的基础上发现了宇宙膨胀的规律,亚历山大弗里德曼在1922年从爱因斯坦方程解出宇宙膨胀解,1927年,工程师兼神父勒梅特也发现了膨胀宇宙解,他干脆建议宇宙起源于一个原初原子,起源于这个原初原子的大爆炸。勒梅特的理论非常接近宇宙学的现代理论了。

当然,最先研究宇宙学的还是爱因斯坦,可惜他引进了一个静态宇宙,为了这个静态宇宙,他还引进了宇宙学常数,这个常数现在普遍被称为暗能量,因为在爱因斯坦那里,这个常数就是真空能量,在现代宇宙学理论中,这个能量可能更加复杂,不只是一个常数。它是不是常数,现在还是一个巨大的难题。

大爆炸理论

在更大的尺度上,宇宙虽然在膨胀,但天体的退行速度不严格遵循哈勃定律。宇宙的膨胀速度与宇宙中的能量组成有关,例如,普通物质使得宇宙膨胀的速度慢慢变慢,而暗能量会引起无所不在的斥力,使得宇宙膨胀的速度慢慢变大。当然,由于爱因斯坦的时空理论,不论在哪种情形,非常遥远的天体的退行速度不严格与距离成正比,宇宙学家有一整套公式可以用来计算这些退行速度。

正是由于我们对理论的熟知,导致1990年代末发现暗能量,此时,哈勃用的造父变星已经不够用了,天文学家用非常遥远的超新星确定了宇宙膨胀的速度在加速!这个发现震撼了整个天文界和物理界,发现的三个主要人物在2011年获得诺贝尔物理学奖。

在发现宇宙加速膨胀之前,物理学家早就建立了当时认为的成熟的宇宙学。这个宇宙学理论认为,我们的宇宙起源于一个发生在大约一百亿年前的大爆炸。在发生大爆炸的时候,宇宙还很小,物质密度异常高,也没有天体,只有一锅等离子原始电浆,里面什么粒子都有。

这个理论是伽莫夫等人在1948年就提出来的,他们预言了几个轻元素在宇宙中的丰度,还预言了宇宙中无所不在的射电波,后来被称为宇宙微波背景辐射。

(摘编自2013年4月4日《南方周末》,作者系中科院理论物理所研究员)

【1】下列对作品内容的概括与分析,不正确的两项是 )(

A.近十年来,宇宙学家掌握的宇宙的细节超出了过去整个宇宙学史所掌握的,因此,能给出一个完整精确的宇宙进化史。

B.作为航天器的WMAP深受宇宙学家们的喜欢,它可以在太空中观测宇宙中无所不在的射电信号。

C.由于测量距离的关系,哈勃得出的宇宙膨胀速度与实际相差甚远,但他的退行运动的定性结论是正确的。

D.普通物质使宇宙膨胀速度变慢,暗能量则使宇宙膨胀速度变大,这说明宇宙中的能量组成影响不了宇宙的膨胀速度。

E.虽然遥远的天体的退行速度不严格遵循哈勃定律,但宇宙学家还是可以计算出这些退行速度。

2结合全文,简要概括因为在爱因斯坦那里,这个常数就是真空能量这句话的含义并分析其语言特色。

3精读最初的宇宙学部分,简述宇宙学理论的发展脉络。

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