屠呦呦团队改变通常的提取方式,使青蒿素的抗疟效果大幅度提升;加来道雄跳出人类对空间认识的固有模式,孜孜以求,《超越时空》一书横空出世,广受好评;饺子导演在对传统文化的纵深挖掘中融进新理念、新技术,《哪吒之魔童闹海》票房一骑绝尘……有时,换一种思维方式,多角度地分析问题,借鉴经验而不依赖经验,才能走得更远。
作为新时代青年,以上材料引发了你怎样的联想与思考?请以“思维方式”为话题,写一篇不少于800字的议论文。
要求:选准角度,确定立意,明确文体,自拟标题;不要套作,不得抄袭;不得泄露个人信息。
屠呦呦团队改变通常的提取方式,使青蒿素的抗疟效果大幅度提升;加来道雄跳出人类对空间认识的固有模式,孜孜以求,《超越时空》一书横空出世,广受好评;饺子导演在对传统文化的纵深挖掘中融进新理念、新技术,《哪吒之魔童闹海》票房一骑绝尘……有时,换一种思维方式,多角度地分析问题,借鉴经验而不依赖经验,才能走得更远。
作为新时代青年,以上材料引发了你怎样的联想与思考?请以“思维方式”为话题,写一篇不少于800字的议论文。
要求:选准角度,确定立意,明确文体,自拟标题;不要套作,不得抄袭;不得泄露个人信息。
9 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
和所有人一样,爱因斯坦也犯过错误。和大多数物理学家一样,他有时也会把这些错误写入论文发表出来。通过这些错误,我们可以看到爱因斯坦的科学思想经历了怎样的发展过程,以及他关于宇宙的科学观念发生了怎样的变化。同时,爱因斯坦的错误也给前沿科学发现带来了挑战。在推进人类知识的极限之时,我们很难知道他写在纸上的理论与真实现象是否相符,也很难知道他那激进的新想法究竟是给后人带来对科学更为深刻的认识,还是阻碍后人对科学的深入探讨。
爱因斯坦最著名的错误是他为了确保宇宙不膨胀观点的正确性而修改了自己的广义相对论。这个错误广为人知,是因为他自己都称其为一个“大错”。1915年当他完成广义相对论时,学术界普遍认为,我们的银河系被一个静态、永恒且无穷大的虚空环绕。爱因斯坦意识到,在广义相对论中,物质产生的引力无处不在地互相吸引,会导致物质向内塌缩,因而宇宙的静态解是不可能成立的。
在1917年的一篇文章《使用广义相对论的宇宙学思考》中,爱因斯坦在广义相对论方程中引入了一个额外的常数项,以保证宇宙是静态的说法是成立的。他设想这个宇宙学常数项可以在整个空间中提供抵抗引力的排斥作用,避免物质向内塌缩,而这一想法没有任何物理依据。
引入宇宙学常数后的十年间,出现了很多宇宙并非静态的证据。起先,爱因斯坦是抗拒这些结果的。1927年比利时物理学家乔治·勒梅特建立了一种类似大爆炸的膨胀宇宙模型,两年后,埃德温·哈勃又发表了关于星系退行的里程碑式的文章。后来,爱因斯坦拜访了哈勃并且观摩了哈勃在威尔逊山天文台的望远镜,最终转过弯来,接受了宇宙非静态的学说。1933年,爱因斯坦赞扬勒梅特的宇宙学理论:“这是我听过的最优美和令人满意的对自然的解释。”
在一个膨胀宇宙中,不再需要宇宙学常数来保持静态,这对爱因斯坦来说不算损失,他甚至在1919年就指出这个常数“严重损害了这个理论的形式美”。在《我的世界线》一书中,乔治·伽莫夫提到了以下轶事:“很久以后,当我和爱因斯坦讨论宇宙学问题时,他说引入宇宙学常数项是他一生中所犯的最大错误。”
现在再回头看,爱因斯坦认为宇宙学常数没有价值,这也是完全错误的。如果他当时有勇气坚持自己的信念,他可能会认识到广义相对论和静态宇宙的不一致实际上是一个预言。在那个没人能想到宇宙会大尺度运动的时代,爱因斯坦就有可能预言宇宙膨胀,而不需要在后来勉强接受这一点了。
之所以出现这个错误,是因为爱因斯坦在计算中使用了错误的坐标系。从物理的角度来看,他的思考也是错的。无论有没有宇宙学常数,宇宙都必然是动态的。
事实证明,宇宙学常数本身的生命力比催生这个常数的那些有限的天文知识更为强韧。虽然这个常数是爱因斯坦人为加入方程的,但是物理学家现在认识到,从量子理论的角度来看,这个常数对应着可能存在于真空中的能量。实际上,量子物理要求存在这样一个宇宙学常数。此外,真空能不仅是一个理论概念。在近几十年最为惊人的一项研究中,两个团队观测到,在某种类似宇宙学常数的东西的驱动下,宇宙膨胀是在加速的。在这种情况下,或许可以说爱因斯坦实际上犯了两次错误:一次是因为错误的理由引入了宇宙学常数,另一次则是丢弃它而没有探索它的潜在意义。
可是,爱因斯坦的错误还是有营养的,因为它们都根植于爱因斯坦关于物理学如何运作的宏大而富有挑战性的思想中。即使是公认的错误——他拒绝接受量子力学是自然的基本理论,也是如此。尽管爱因斯坦用光电效应理论为量子力学奠定了基础,但他从未摆脱经典物理学的思维定式。粒子的位置要用概率来描述,以及一个粒子可以瞬时远距离影响另一个粒子的想法,这对于他来说是荒谬的,尽管他对量子理论的见解比人们认为的更加深刻。他在晚年花了大量时间试图在经典框架下统一引力方程和电磁学方程,建立所谓的统一场论。在努力研究统一场时,爱因斯坦被德国数学家托德·克鲁扎在1921年提出、随后经瑞典物理学家奥斯卡·克莱因改进的一个假设所吸引。他们指出,如果宇宙有五个维度——四个我们熟悉的空间、时间、物质和能量维度,以及一个不可见的第五维度——则有可能构建一个对电磁力和引力进行统一描述的理论框架。克莱因证明,在这个模型中,电荷的表观量子化可能是电磁作用对闭合的、圆形的第五维几何结构的反映。对于爱因斯坦而言,统一场理论迷人的一面是,它是纯经典的。
爱因斯坦建立统一场论的努力最终一无所获,但是他的想法常常带来重要的科学突破。二十世纪初,爱因斯坦构建宇宙是由空间(三维)和时间(一维)合起来组成的“四维时空”理论。1926年,德国数学物理学家西奥多·卡鲁扎在四维时空的基础上再添加一个空间维,即引入了第五维,对爱因斯坦的相对论方程加以改写。改写后的方程式可以把当时已知的两种基本力即“电磁力”和“引力”很自然地统一在同一个方程中。后来,凡是这样添加的维都叫做“额外维”,即空间是4+N维的。这些N个额外维被局限在极小的空间尺度内。在关注克鲁扎和克莱因的额外维的过程中,爱因斯坦的想法还可能为现代弦论(当前流行的一种将广义相对论和量子力学融合起来的理论)中的高维数学提供了灵感。
(摘编自劳伦斯·克劳斯《环球科学》)
1.下列对文中加点词语的理解和分析,不正确的一项是( )2.根据原文内容,下列说法不正确的一项是( )3.根据材料,下列不属于“爱因斯坦的错误给前沿科学发现带来了挑战”的一项是( )4.爱因斯坦认为“引入宇宙学常数项是他一生中所犯的最大错误”,请结合文本概括其原因。10 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
材料一:
量子计算机的兴起实际上标志着硅时代开始接近尾声。
过去的半个世纪里,摩尔定律揭示了计算机行业强大的爆发规律,它指出,计算机的计算能力每18个月就能翻一番。这个看似简单的定律,实际上有效追踪并描述了计算机技术显著的指数级增长。
摩尔定律可以追溯到19世纪的机械计算机时代。那时候,工程师还只能使用旋转的圆柱体、齿轮、传动装置和轮毂来完成简单的算术运算。到了20世纪之交,这些计算装置开始使用电力运转,于是继电器和电缆取代了齿轮系统。第二次世界大战期间,计算机已经可以通过使用大量真空管进行复杂计算来破解政府高级密码。第二次世界大战后,真空管升级为晶体管,而随着晶体管的体积不断微缩,计算机的速度和功率也实现了持续进步。后来,微芯片彻底改变了局面,经过几十年的发展,微芯片的尺寸不断减小,指甲盖大小的芯片都容纳着大约10亿个晶体管。如今,孩子用来玩电子游戏的手机比以前五角大楼用过的要占用一间屋子的笨重家伙的计算功能更强大,我们的笔记本电脑也比“冷战”时期那些庞大的电脑更先进。
一切都将成为过去。计算机的每一次转折性发展,都让之前的技术遭到创造性破坏的冲击,并最终走向被淘汰的命运。
摩尔定律所指出的发展规律,在现实中已经出现放缓趋势,照此下去最终势必将停止。主要原因是,现在的微芯片已经非常紧凑了,最薄的晶体管层大约只有20个原子直径那样薄。而当晶体管层继续压缩到大约只有5个原子直径时,电子的位置就将变得不确定,电子可能会逃逸出来,从而导致芯片短路,或者可能会产生大量热量而进一步导致芯片熔化,囿于此,晶体管层继续压缩变薄的空间已经不断收窄。换言之,根据物理定律,如果想要在主要材料为硅的基础上继续微缩,那么摩尔定律最终会面临崩溃。由此来看,我们可能已经开始步入见证硅时代终结的阶段。硅时代之后的下一个时代,可能正是我们所说的量子时代。
量子计算机未来有潜力改变现有的各行各业。
量子计算机有能力模拟数千种可能的化学反应,而不必在实验室中等待这些化学反应的发生,帮助人类以更快的速度找到超级电池最有效的工艺,从而推动人类步入太阳能时代。
量子计算机的另一个关键应用可能就是养活世界上不断增长的人口。一些特定类型的细菌能够毫不费力地从空气中吸收氮并将其转化为氨,然后将氨转化为化学物质,从而成为肥料。这种固氮过程是地球上生命繁荣的原因,通过给予植被茂盛生长的条件,从而让人类和动物得以存活。然而,这个过程的完成需要大量能量。微软的科学家已经首次尝试使用量子计算机来提高肥料产量,并解开了固氮的秘密。
大自然的另一个奇迹是光合作用,通过光合作用,阳光和二氧化碳转化为氧气和葡萄糖,从而形成几乎所有动物生命的基础。将光转化为糖的问题,探索的其实是一个量子力学过程。量子计算机显然可能助力实现更高效的合成光合作用,那或许可能是一种捕捉阳光能量的全新技术方法。人类未来的粮食供应问题也可能因为这种技术方法的突破而得以解决。
量子计算机不仅可以比任何传统数字计算机都更加快速地同时完成数百万种潜在药物疗效的分析,而且可以帮助我们探究一些疾病的源头。例如,通过DNA基因组学,我们可以使用计算机识别可能导致乳腺癌症的基因,但传统数字计算机没有能力准确地确定这些缺陷基因究竟是如何导致癌变发生的。一旦癌变扩散到全身,目前的研究是无能为力的。但是,通过破译我们免疫系统中分子的复杂性,量子计算机或许能够创造出一些有可能对抗这些疾病的新药和新疗法。
人工智能与量子计算机的融合,也可能成就未来医学。像阿尔法折叠这样的人工智能程序,目前已经能够绘制出令人震惊的35万种不同类型蛋白质的详细原子结构图,包括构成人体的整套蛋白质。下一步便是使用量子计算机的强大算力所助力实现的独特方法,来研究这些蛋白质究竟是如何发挥其魔力的,并利用这些新发现来探索新一代有效药物及疗法。
(摘编自加来道雄《量子霸权:量子计算机革命如何改变世界》,苏京春译)
材料二:
搜狐科技:为什么我们需要量子计算?
郭国平:蒸汽机刚发明的时候装到马车上去,还跑不过小马车。现在回头看,你觉得蒸汽机有没有作用?我们发现量子计算对于处理一些特定问题,原则上有更强大的处理能力、更快的处理速度。
搜狐科技:如果以传统芯片和经典计算机作为参考系的话,您认为现在量子芯片和量子计算机发展到了什么阶段?
郭国平:现在可能还是在早期的电子管计算机时代。从目前我们这一代人认知的角度来讲,量子计算机不是对于所有的问题都一定会比经典计算机表现好。所以量子计算机对于经典计算机不是替代关系,而是互补,它对一些特定的问题有加速效果。
搜狐科技:量子计算机是一种用于快速求解特定问题的机器,什么时候能为其他行业带来比较切实的改变?
郭国平:对于特定问题的求解,就像凿冰块一样,一整面冰块也是从一个点开始,我们已经证明有优势的是某些特定问题。从全球来看,我认为在3~5年内,量子计算一定会在某些具有实际生产生活意义的问题上面发挥切实的作用,这个过程中可能会跟传统计算机、AI配合。
(摘编自2022年12月8日“搜狐科技”对郭国平教授的独家专访)
1.首段说“硅时代开始接近尾声”,下列选项不适合作为论据来支撑这个观点的一项是( )2.量子计算机未来有潜力改变各行各业,下列相关表述有错误的一项是( )3.根据材料内容,下列说法不正确的一项是( )4.材料二使用了类比和比喻的手法,请简要分析其表达效果。10 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
芝加哥大学理论物理学教授弗罗因德,喜欢用高维宇宙的性质来愉悦听众。他是高维空间理论的早期研究者和宣讲者之一,当时这一理论被认为是奇谈怪论。他和少数科学家孤立地对高维科学研究了多年。现在这门学科已经变成一个时髦而又合法的科研分支。使他高兴的是,他早期的兴趣最终得到了回报。
他提醒我们,传统的科学家是以怀疑的态度看待高维的,因为它们不能被测量,也没有任何特别的用途。然而,现在越来越多的科学家认识到,任何一种三维理论都“太小”,不足以描述控制我们宇宙的力。
正如他强调的,过去十年中贯穿物理学的基本主题是:自然规律在高维空间表达时会变得更为简单和优美,高维空间是自然规律的天然栖息地。光和引力的规律在高维时空中找到了一种天然表述。人们相信,现在统一自然规律的关键步骤是增加时空的维数,从而能合理安排越来越多的力。在更高维中,我们有足够的“空间”来统一所有已知的物理力。对此,弗罗因德说:“想想猎豹吧,它皮毛光滑而又美丽,在热带草原上漫游,它的奔跑速度或奔跑动作的优美简直无与伦比。现在,再想想被捕获并且被投进动物园简陋笼子里的猎豹吧,它失去了原有的优雅和美丽,我们只看到笼子里神情绝望的猎豹。”猎豹可与物理规律相提并论,物理规律就其本身而言是优美的;它的天然栖息地就是高维时空。然而,我们只能测量那些被拆散且放在笼子里展出的物理规律,这个笼子就是我们的三维实验室。
几十年来,物理学家们想知道为什么四种自然力以如此支离破碎的形式出现——为什么在笼子里的这些“猎豹”看起来如此绝望和可怜,弗罗因德注意到,四种力看起来似乎大不相同,是因为我们一直在观察“笼子里的猎豹”。对于物理规律而言,我们的三维空间是一个无能的动物笼子。但是,当我们在高维时空中表述物理规律时,我们就看到了它们名副其实地显赫和有力,它们变得简单而富有生命力。
想想古罗马人是怎么打仗的吧。罗马战争包含了许多较小的战场,总是伴随着来自四面八方的谣言和误传,将事情弄得混乱不堪。战争在多个前线进行,罗马的将军们却常常盲目指挥。罗马人往往是靠暴力而不是靠优美的战略来赢得战争的。这就是为什么战争的首要原则是占领高地——即升入二维战场上方的第三维。在可看到战场全景的巨大山丘上,战争的喧嚣突然变小了。换句话说,从第三维(即从山丘的顶部)来观察,较小战场的混乱结合成了一幅首尾连贯的单一画面。
这个原理——自然规律在高维中表达时可以变得较为简单的另一个应用,是爱因斯坦狭义相对论背后的中心思想。爱因斯坦揭示了时间是第四维,证明了在四维理论中时间和空间能够便利地统一起来,所有用时间和空间来测量的物理量也可以统一起来,比如质量和能量。他还发现了质能统一的精确数学表达式:
,这就是所有科学方程式中最著名的质能公式。
现在理论物理的主要挑战是把自然界四种力统一成一种力。许多物理学巨人都苦于找不到这样一种统一方案。爱因斯坦一生最后30年没有找到的答案可能就在于超维空间。
爱因斯坦曾说:“自然呈现给我们的仅仅是狮子的尾巴。尽管因为狮子身躯庞大而不能立即展现其自身,我也不会怀疑长着这条尾巴的那头狮子之存在。”如果爱因斯坦是正确的话,那么可能这四种力就是“狮子的尾巴”,而“狮子”本身就是高维时空。这种思想已经激起了人们的向往,希望有一天宇宙中的物理规律可以只用一个方程来阐释,而这些规律造成的结果则由充满着图表的书籍布满了图书馆的墙壁。
对于宇宙的这一革命性前瞻的核心,就是认识到更高维的空间可能是统一宇宙中物理规律的最终源泉。简言之,尽管宇宙中的物质和力以一种使人困惑不解和变化无穷的复杂形式出现,但是它们可能只是高维空间上的不同振动而已。然而,这一概念与科学家们的传统思想相抵触,他们把空间和时间视为一个被动的舞台,而恒星和原子是上面的主角。在他们看来,可见的物质宇宙似乎比空无一物而又不能运动的时空这种不可见宇宙舞台更加丰富和变化多端。从历史的角度看,粒子物理方面几乎所有的科学努力以及大量的政府基金都被投入到诸如“夸克”和“胶子”等亚原子粒子的性质上,而不是领悟其几何本质。现在,科学家们正在意识到时间和空间这些“无用”概念可能是大自然之美与简单性的最终源头。
(选自加来道雄《超越时空·自然法则在更高维度上更简单》,有删改)
1.下列对原文相关内容的理解和分析,不正确的一项是( )2.根据原文内容,下列说法不正确的一项是( )3.下列选项,对原文分析理解不正确的一项是( )4.根据文章内容,下列选项对下面这幅图表的解读不恰当的一项是( )| 研究对象 | 观察研究的角度或维度 | |
| 物理规律 | 三维空间 | ①____________ |
| ②____________ | 动物园的笼子 | 热带草原 |
| 罗马战场 | ③____________ | 战场上的山丘 |
| 质量和能量 | ④____________ | 四维理论 |
7 . 阅读下面的文字,完成小题。
材料一:
2022年10月4日,瑞典皇家科学院宣布将2022年度诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国物理学家约翰·克劳瑟以及奥地利物理学家安东·塞林格,以表彰他们“使用纠缠光子进行实验,建立了验证贝尔不等式不成立的基础以及开创了量子信息科学”。
爱因斯坦除建立相对论外,还因对现代物理学的另一个支柱即量子力学的质疑和反对而闻名。1935年,他和另外两位科学家发表了一篇论文,质疑了量子力学的完备性,提出了一个思想实验:如果有两个粒子在相互作用后分开,那么对其中一个粒子的测量会影响另一个粒子的状态,这样一来,两个粒子的相互感知似乎是超距瞬时的。这种超光速的作用违反了当时公认的狭义相对论中光速最快的结论,因此爱因斯坦将其称作“幽灵般的超距作用”。1964年,物理学家约翰·贝尔在一篇文章中提出了后来以他的名字命名的贝尔不等式这一试验检验方法。如果贝尔不等式成立,则爱因斯坦的理论正确;反之,则爱因斯坦是错的。因此,贝尔不等式的意义在于,把涉及量子力学的争论从有关因果性的哲学问题转化为可以通过实验进行检验的科学问题。
从1972年到1998年,克劳瑟、阿斯佩、塞林格等科学家接续对贝尔不等式进行了测试,证明其不成立,但直到塞林格才给出了决定性的证明。三人的工作展示了研究和控制处于纠缠状态的粒子的潜力,为量子技术的新时代奠定了基础。目前,量子信息、量子计算已经成为备受各个主要科技大国瞩目的重点科研领域。可以预见,人类未来的生产和生活,将会因此深刻地发生改变。
(摘编自《从否定爱因斯坦到发展量子信息:2022年诺贝尔物理学奖解析》,《南方周末》)
材料二:
20世纪90年代末,2022年诺贝尔物理学奖获得者奥地利物理学家安东·塞林格领导的研究团队发现纠缠的量子态具有储存、传输和处理信息的能力,将量子纠缠从理论推向了应用,其中塞林格的博士生、现任中国科学院院士潘建伟在当时的研究中发挥了关键的作用。潘建伟回国工作后,继续进行量子信息的研究并且取得了令人瞩目的成绩。他领衔的团队研制的“墨子号”量子科学实验卫星于2022年5月创造了1200千米地表量子态传输新纪录。
量子通信基于量子物理学的基本原理,克服了经典加密技术内在的安全隐患,是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。量子通信通常采用单光子作为物理载体,最为直接的传输方式是光纤或者近地面自由空间信道。但是,这两种信道的损耗都会随着距离的增加而指数式增加,近地大气信道还会受到地球曲率的影响。此外,由于量子不可克隆原理,量子通信的信号不能像经典通信那样被放大,这使得之前量子通信的世界纪录只有百公里量级。而外太空几乎真空,对于光信号的吸收损耗几乎为零,因此通过卫星的辅助可以极大扩展量子通信距离。2003年,潘建伟团队提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案;2012年,潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性;2016年8月16日,该团队成功研制的“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空,正式开展科学实验。此后,潘建伟团队利用“墨子号”在国际上率先完成了一系列星地量子科学实验。其中包括首个地星量子隐形传态以及星地量子态远程传输,证明了在地星千公里距离上能够完成量子比特的传输,为全球化量子信息处理网络奠定了基础。
“墨子号”的成功掀起了国际空间量子科学的研究热潮,美国、日本等国际上的各方力量随后皆开始探索自己的广域量子通信之路,提出或加速了一系列空间量子科学布局。2017年,美国宇航局发布了关于未来空间量子物理发展方面的白皮书。同期欧洲航天局也发布了空间量子技术的白皮书。“墨子号”系列实验开启了利用空间平台开展量子信息和量子物理前沿研究的广阔天地。
(摘编自《“墨子号”何以激起空间量子科学热潮》,《光明日报》)
材料三:
《三体》三部曲没有贯穿始终的真人主角,只有一位贯穿始终的非人主角,就是智子,到了第三部,智子还化身为了一位美女。智子是三体人制造出来的随时可以展开成包围地球的大网的微观粒子。它除了可以做低维展开,还是三体人送到地球来的“信使”。它可以监察人类的一切活动,有时也会变身成一个不大不小的球状体和地球人沟通。在三体文明那边,还有对应的一个智子,两个智子构成一个量子纠缠态。如果这边的智子看到了什么,那边的智子也会看到相同的东西,还可以将这个信息交给三体人。这样,瞬时量子通信就完成了。这种设定,刘慈欣一定借用了量子通信,且假设量子通信是瞬时的,不会有普通通信的时间延迟。我认为这种设定是不可靠的,到目前为止,量子通信的手段都涉及普通的通信,而目前普通通信的速度都为光速所限,所以肯定有时间延迟。
(摘编自李淼《〈三体〉中的物理学》)
1.下列对材料相关内容的理解和分析,正确的一项是( )2.根据材料内容,下列说法不正确的一项是( )3.下列对材料相关内容的分析和评价,不正确的一项是( )4.《〈三体〉中的物理学》是一部对科幻小说《三体》中涉及的科学知识进行阐述的科普类作品。请根据材料三的相关内容,简要概述科幻小说与科普文的不同。8 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
材料一:
一个世纪前,物理学经历了达尔文时刻——这种观点的转变对于物理科学的影响就像自然选择的进化论对于生物学的影响一样重大。
为了庆祝这样一个革命性的时刻,联合国已宣布2025年为国际量子科学与技术年,这标志着量子力学问世一百周年——量子力学始于100年前的一系列论文。就像没有查尔斯·达尔文的进化论就无法理解现代生物学一样,我们对物理世界的基本理解现在也植根于量子原理,现代物理学就是量子物理学。
这场革命并非始于物理学家抛弃经典力学定律,而是他们对能量和动量等经典概念的彻底重新诠释。然而,这场革命确实要求发起者放弃他们所珍视的常识性观念——例如,期望粒子等亚原子物体在任何给定时间都有明确的位置和动量。相反,物理学家发现自然现象本质上具有不可知的性质。换句话说,经典物理学只是现实的一种近似表示,并且只在宏观层面上体现出来。一个世纪过去了,这种对物理世界本质的洞察仍然让人兴奋不已,也让人困惑不已。
人们会知道量子思想如何催生了通过互联网电缆传输信息的激光器,以及为电子芯片提供处理能力的晶体管。量子思想也塑造了我们对自然界各个层面的理解,解释了为什么固体不会分崩离析,以及恒星如何发光并最终消亡。
尽管量子革命已经带来了诸多成果,但它仍有许多未竟之事。在研究人员奠定量子力学基础的那些年里,他们也开始从量子基础重建其他物理学分支,如电磁学和物质状态研究。这些努力大大扩展了量子科学的范围,并促使研究人员开发出粒子和场的标准模型,这一过程最终在20世纪70年代完成。但这些扩展的理论基础不如量子力学那么牢固,并且留下了一些无法解释的现象,例如“暗物质”的性质,它似乎远远超过宇宙中常规可见物质。此外,引力这一重要现象仍然无法量化。
量子物理学的其他概念问题仍然悬而未决。特别是,研究人员很难理解当实验将量子对象的模糊概率“折叠”成一个精确的测量时,究竟会发生什么,这是创造我们生活的宏观世界的关键一步。在过去的几十年里,研究人员一直在开发将量子现实的这些怪癖转化为有用技术的方法。由此产生的计算、超安全通信和创新科学仪器中的应用仍处于起步阶段。
量子理论不断进步。今年是一个值得庆祝的机会,让广大公众意识到量子物理在他们生活中的作用;并激励未来的一代人,无论他们是谁,身在何处,为下一个量子世纪做出贡献。
(摘编自《量子力学一百年:一场未完成的革命》)
材料二:
凭借在量子反常霍尔效应方面的创新突破,薛其坤获得奥利弗·巴克利奖。自1953年授奖以来,这项国际凝聚态物理领域的最高奖,首次颁发给中国籍物理学家。
“这个实验可以说非常折磨人”,一向豁达乐观的薛其坤后来在一篇文章中坦承。量子反常霍尔效应研究团队前后涉及20多位博士生,团队里的每位学生都想毕业并获得清华大学优秀博士论文,但每个人都不知道这个实验最终能不能成功。大家就在这种不确定的情况下坚持干了4年。
这恰恰就是基础研究,尤其是以好奇心驱动的自由探索类基础研究最大的特点——与不确定性共舞。正如牛顿在探索天体运行规律时发现了万有引力定律,法拉第和麦克斯韦从对电流和磁场规律的兴趣出发创立了电磁学理论,普朗克在研究黑体辐射的过程中奠基了量子力学,这些后来大大拓展了人类认知边界的重大科学发现,正是基础研究不确定性的有力例证,也是基础研究的神奇诱人之处。
不过,这种巨大的不确定性也决定了基础研究区别于一般的应用型研究,具有难度大、周期长等特点。就像量子反常霍尔效应从提出“玩具模型”到最终被实验发现,中间隔了20多年。基础研究特别是重大原创性基础研究,“十年磨一剑”是常态,有时甚至是几十年“磨一剑”。这启示我们,要充分遵循科学研究的规律,对待基础研究要有足够的耐心和宽容失败的恒心。
近年来,国家不断强化基础研究前瞻性、战略性、系统性布局,积极构建基础研究长周期支持机制和更为科学合理的评价机制。2023年,基础研究经费支出增长9.3%,基础研究投入比重连续5年超过6%;今年起,对上一年年底资助期满的国家杰出青年科学基金项目开展分级评价,同时择优遴选不超过20%的优秀项目给予第二个五年滚动支持,资助强度加大至800万元……
一代人有一代人的使命,一代人有一代人的担当。面对百年未有之大变局,我们期待薛其坤们勇攀科技高峰,把基础研究的“冷板凳”坐热,实现更多“从0到1”的突破。
(摘编自《让基础研究“冷板凳”热起来》)
1.下列对材料一相关内容的理解和分析,不正确的一项是( )2.根据材料内容,下列说法正确的一项是( )3.下列对材料的分析和评价,不正确的一项是( )4.如何才能让基础研究的“冷板凳”热起来?请结合材料二谈谈你的看法。9 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
宇宙不在场
段子期
遂古之初,谁传道之?
上下未形,何由考之?①
成功了,“天问号”的航线将保持原先的轨迹,而他只能停在原地,无法进入“天问号”舱内。吴集解开绳索,他们的啜泣声顺着无线电轻轻敲打他的耳膜,“回不去了”,他说,“你们保重啊。”
他肉眼仿佛能看到前方那团辐射云,那团由微观粒子流聚集形成的云雾状态的物质,像一团发光的五彩的棉絮。最后浮现在他脑海中的竟然是一个赌约,一场
只是现在,他先
那团辐射云占据着整个太空,又像是宇宙的一道伤口,所有星星都绕着它流动。他感觉不远处有一片沉沉的看不到边缘的黑色,光速般向他涌来,他继续跌落,无限的重力作用在他身上。
可不合常理的,窒息的痛苦瞬间被一种绵软的舒适感代替。吴集闭上眼,一种归乡的甜美错觉在一刹那间浇灌全身。
这场赌约起始于两个少年之间惯常的游戏。
吴集和陆云舸幼年相识于一个南方小镇,两个男孩常靠打赌消磨时光。吴集天资很高,在航空航天大学是被寄予厚望的预备飞行员。比起无垠的群星,陆云舸更好奇宇宙间产生“心智”的第一缕圣光来自何处,他选择了脑神经科学,他崇拜智慧的大脑。
他们的赌局越变越大了。赌人类存在的星系位于哪个位面,赌神经元丛是在哪一个维度上运行,赌大坍缩和大撕裂究竟哪个更接近宇宙毁灭的真相……他们那时也不在乎输赢,提出问题,然后不负责任地思考,这样的乐趣往往单纯至极。
也许迟早,他们会在去处相逢。
“我跟你打赌,宇宙的真面目,我们追求的真理,就在那里,在太空。”
陆云舸微微点头,“我也跟你打赌,我会在其他地方找到,在这儿。”指了指自己的大脑。
圜则九重,孰营度之?
惟兹何功,孰初作之?
作为未来的飞船领航员,吴集成为了恒星级宇宙飞船的长子。
完整了解“星际长城”计划是在一个月后。所谓的“星际长城”,就是将距离最近的恒星作为信号传送的桥接点,放大其脉冲信号,就像长城上的烽火,从起点处一一点亮,然后继续传向下一颗恒星,一个接一个,永不止息。
吴集想象着那一点微亮的萤火,从银河系的此端启程,投向远方那看不见的世界。“星际长城”计划无疑是一双加速至光速的翅膀,人类的下一步即将迈向非凡。
陆云舸也在竞逐一个不被理解的宇宙。
陆云舸想在大脑中建造一座座“灯塔”,引领那些被阻截在光明彼岸之外的船只安全返航。
“‘灯塔工程’分三个步骤,第一,扫描大脑的电场和磁场,套以专用算法将其转换成计算机语言;第二,将大脑分区,建立生物电场;第三,在每一处神经团块建造一处‘灯塔’,提升脑神经传递信号的效率。”
作为“未来学会”的重要成员,他很顺利地申请到了专项资金,并决定亲自参与实验,在自己的脑海中建造灯塔,刺激沉默的神经元丛,从而打开那片未经开垦过的土地。
他跟吴集的赌约正式开始了。
何阖而晦?何开而明?
角宿未旦,曜灵安藏?
没有人知道,那团辐射云就是虫洞在宇宙中留下的投影,而它的背面正是那个虫洞。广阔的宇宙仿佛从辐射云的另一端被吐出来,黑色天鹅绒般的群星夜幕覆盖在头顶。
当他再次睁开眼,发现自己正赤身裸体躺在一个透明舱体中。
这是一艘宇宙飞船,但不是“天问号”。迎接他的人有很多,却不是人类。
“你们是谁?”吴集只能用语言。
“我来自地球,我是在你们之后的人类,这是‘永恒号’飞船,当我从地球出发时,人类文明已经进化到1.0级,这一切,跟伟大的‘星际长城’计划不无关系。后来,我也离开了母星,曲率空间飞行、反物质引擎,你们时代的科技神话现在早已实现。”
吴集还有很多问题,关于神秘虫洞,关于“天问号”和“星际长城”。
“这是一个很长的故事,像神话。”
“天问号”出发后的几十年间,人类相继在月球、火星上安家,并逐渐掌握了运用恒星能量的科技,在地球上,语言、国家、种族的边界在渐渐模糊,同时,人类不再满足于寄居太阳系,他们对“星际长城”计划同样寄予厚望。
恒星际飞船“永恒号”就此诞生,算上时间膨胀的影响,在“天问号”出发后的第536年,新一批开拓者登上母舰,飞船依靠正反物质湮灭产生的能源作为动力,并以光速飞往星辰大海,“永恒号”离开母星,人类开启了太空探索新纪元。
在世代星际征途中,人类也在进化自身,与精密机器融合,与量子比特共舞。直到在某个陌生的恒星系遇上了疲惫不堪的“天问号”,以及漂浮在虫洞另一端的吴集。
“永恒号”以近乎永恒的方式延续着人类文明,前往下一站的旅途,而那团有思维的辐射云
何所不死?长人何守?
延年不死?寿何所止?
在陆云舸决定隐世的五年后,他建造了一台深空电磁信号发射器,在他大脑中组合成了无穷无尽、永不重复的数字,这些数字包含人的各种信息、地球上的各种事件和宇宙中的无限可能。他的思维变成一束信号弥散到太空中,被恒星传送到另一颗恒星,经历漫长的跋涉后,他的思维信号由微观粒子流聚集而形成了那团辐射云。在吴集悬浮在深空时,他向他伸出了手,即使吴集的身体陨灭,但意识被储存在了他的云之中。
“不管是一颗行星、恒星,还是生命体内的一个细胞,都包含着整个宇宙的信息,
我们赢了,这就是宇宙。
(有删改)
【注】①出自屈原的诗歌《天问》。下同。
1.下列对文本相关内容的理解分析,不正确的一项是( )2.下列对文本艺术特色的分析鉴赏,不正确的一项是( )3.小说最后写到:“我们赢了。”请结合文本简要分析“我们”为什么能赢?1 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
材料一:
十七世纪末,人们对光的本质提出了两种学说,一种是荷兰物理学家惠更斯创立的波动说,一种是英国物理学家牛顿提倡的微粒说。两种学说都可以对不少光学现象作出合理的解释。惠更斯从光和声两类现象的比较中,认为光是一种弹性振动,是以发光体为中心向四面传播的机械波。牛顿则根据光的折射、反射和色散等实验事实,认为光是由发光体发出的沿直线运动的粒子流。这两种理论各自解释了光的某一方面的本质,有片面的真理性,它们的争论开阔了人们的眼界,活跃了思想。
当时,由于还不能用实验准确地测定光速,更谈不上对不同媒质中的光速进行比较,在这种情况下,有些人利用牛顿在科学界的威望,竭力推崇微粒说,贬低波动说,于是微粒说就在长达一个世纪的时间内占了统治地位。十九世纪初,人们在实验中发现了光的干涉、衍射、偏振等现象。对此微粒说无法解释,波动说则较好地解释了这些现象,于是波动说被重新提出来了。十九世纪中叶,英国物理学家麦克斯韦发展了光的波动说,用光的电磁波理论代替了光的机械波理论,深化了对光的本质的认识,使波动说上升到统治地位。到了十九世纪末,由于光电效应、热辐射、伦琴射线的散射等新现象的发现,光的波动说又遇到了困难,而用微粒说却可以得到解释。总之,两种学说长期争论,双方都不能完全自圆其说并驳倒对方。
1905年,爱因斯坦推广了德国物理学家普朗克的量子论,建立了光的量子说。这种学说认为,光是具有一定质量、能量和动量的粒子所组成的光子流,这种光子在光电效应等现象中显示出粒子性,在干涉、衍射现象中显示出波动性,因此光具有波粒二象性,这就阐明了光的波动性和微粒性的对立统一。这个学说把对光的认识各有片面性的波动说和微粒说予以扬弃,但同时在新的基础上,吸收并综合了两者的合理因素,在微观水平上说明了光既是粒子又是波,从而更全面深刻地反映了光的内在本质。
这场持续三百年的争论告诉我们,在自然科学研究中,经常会出现各种不同学术观点和不同学派的争论,这是认识发展中必然的正常的现象,它对于促进学术繁荣、推动科学发展具有重要作用。
(节选自陈统渭《一场持续三百年的争论》)
材料二:
科学决不是唯唯诺诺的好好先生,批判态度是科学精神的重要内涵。所谓批判,其目的在于明辨是非,凡事都问个为什么,凡事都摆事实、讲道理。首先,批判态度反对将一切理论和假说神圣化。任何科学理论和科学假说都要经受反复检验,通过批判旧的理论使其得到修正甚至完全用新的理论取而代之。其次,批判态度是理论创新的动力。科学理论经受批判使自己的逻辑更严密,实验证据更精确,进而不断打破成见、推陈出新。再次,批判态度是科学真理客观性的保障。任何人、任何利益群体想违背客观性原则搞伪科学,都要受到严厉批判。但是,批判不是完全否定。日心说替代地心说,直到牛顿力学提出后才算基本完成。有时新和旧也是相对的,旧的理论也可以为新的理论所包容,如经典物理学就可以视为现代物理学的近似。正是在开放地面对一切可能的批评与质疑的过程中,科学变得愈发成熟。当科学所秉持的批判态度延伸到科学外部之时,意味着科学同样要坦然接受来自科学之外不同领域、不同方面的批判、反思和质疑,并带来认识的多元性和包容性。这对于破除科学的神话、减少科学的独断性,是非常有益的。
批判和反驳之所以成为重要的科学理念和常态,关键在于科学中对错误的认识有了巨大改变,以及对科学可错性的认定。波普尔强调:科学是一门可错的学问,科学发现的历史就是不断试错的过程,科学发展遵循试错模式。所谓试错模式,其基本路径是通过实验,正视错误、发现问题,提出新的解决方案,再通过新的实验,不断向前推进。哥白尼、伽利略对托勒密体系和亚里士多德力学的质疑,建立起了新的天体力学;拉瓦锡在对传统燃素说进行批评的基础上,创立了氧化还原学说;达尔文对上帝创世说进行批判,创立了进化论;爱因斯坦对牛顿力学体系进行理性的反思与批判,建立起了相对论学说,等等。科学所追求的正是不断试错而向真理逐渐逼近的过程。
(摘编自刘大椿《论科学精神》)
1.下列对材料一相关内容的理解和分析,正确的一项是( )2.根据材料二,下列关于批判态度的表述不正确的一项是( )3.下列选项中,最能体现材料一与材料二共同观点的一项是( )4.材料一采用了怎样的论证结构?请结合文本简要分析。2 . 阅读下面的文字,完成下面小题。
材料一:
杨振宁深入研究理论物理之美后指出,它包括三个基本层次,分别是:现象之美、理论描述之美与理论结构之美。
杨振宁认为理论物理现象之美还分为两种,即直观的自然美与抽象或想象的物理美。前者直观可见,杨振宁以彩虹为例予以说明:“早在童年时,看到彩虹我们会脱口而出‘美极了’。”杨振宁进一步以物理学家对行星轨道的认识、对原子谱线与外界条件无关结论的认识、对微观超导现象的认识为例,说明理论物理的现象之美不都如彩虹美那样直观,有些还需要基于一定抽象的专业知识、经过间接的实验测量(如物理学家看不到导体内的运动电荷,但可以测量宏观量电流强度的变化与否),以及物理学家的想象(如想象行星光滑的椭圆轨道、想象原子类似太阳系的有核模型等),才能被物理学家感受到。第二种情形与直观的自然美在感受方式上存在巨大的差别,但也有相同之处,即一旦搞清楚这些非直观可见的复杂现象,物理学家与观察到直观的自然美一样,也喜悦、惊讶与惊奇,从而获得美的感受。
杨振宁以库仑定律、热力学第一、第二定律以及放射元素指数衰变定律等为例,说明这些定律都是对表面上杂乱无章的物理现象精准而简洁地描述,都实现了用一个简单的公式,充分表述某一类复杂现象的目标,揭示了现象背后的本质关系,都是“漂亮的”“很美的”理论描述。因此,理论物理的描述之美,即指用最为简洁的数学公式对复杂自然现象的描述。对现象的纷繁复杂性认识得越深刻,对理论物理描述之美的感受即愈强烈。理论物理描述之美是一种简洁美,一定意义上它是理论物理学家对研究结论的表述方式之极致追求使然。而在做这种极致追求时,物理学家感受美的能力发挥着决定性的作用。杨振宁曾借用狄拉克的话揭示这一道理:“使一个方程具有美感比使它去符合实验更重要。”而什么样的方程才最具有美感,需要理论物理学家本人去感悟和把握;杨振宁指出狄拉克有“感知美的奇异本领”,认为这是狄拉克能做出重要科学贡献的决定性因素。
自然界存在并非一目了然的各种结构,如元素周期律、原子的有核结构、水分子中氧原子和两个氢原子的空间排列关系、以点阵为基础的各种晶体的对称结构等等,都包含着美妙的结构。杨振宁以元素周期表为例,指出性质相似的元素纵列排在一起,人们可以按照这个规律去发现新的元素,这很美妙,但是仍属于现象美范畴。量子力学诞生后,物理学家借助群论这一数学工具才得以描述和解释周期表内涵的特性,如周期性为什么存在等等。与此相类,物理学家一旦认识到一种自然界结构,如行星运动的椭圆轨道、原子的有核结构等,会有洞察奥秘、明心见性、豁然开朗的愉悦和美感,因为他知道自己的身体也是由这样的原子构成的;而一旦在数学中找到与大自然结构相似,因而恰好能反映后者的数学工具,比如群论、纤维丛等等时,两种结构恰如其分的精美契合,会让科学家感受到另外一种震惊与美妙。正如杨振宁所说:“自然界为它的物理定律选择这样的数学结构是一件神奇的事。”
简单地说,物理学家对理论物理学三个层次之美的感受有所不同:数学家主观构造的数学能奇妙地描述自然现象并揭示自然现象内在的奥秘,这令理论物理学家困惑;理论物理的理论描述之美,使物理学家头脑中涌现优雅、简单、整齐等与美有关的词汇;而理论物理的结构美,则直接震撼物理学家的灵魂。
(摘编自厚宇德《杨振宁论科学之美与科学创造》)
材料二:
杨振宁重要的科学成果有13项,物理学界与杨振宁本人都认为规范场理论又是最重要的贡献,而这一项成果,是集合5种研究方式的结果。据杨振宁回忆:“那个时候实验有了一个新的刺激……有几个实验做出来,发现了一个新的宇宙粒子,叫做τ(希腊字母)粒子,又发现一个粒子叫做V粒子。一下子几年之内弄出来了好些种粒子,大家知道这里头有非常妙的东西,非常基本的东西,所以就想要研究它们之间的关系是什么,我也在研究。可是我跟别人研究的方法不一样,我希望把本来的场论改一改,变成可以表达这些新的东西。所以后来出了非阿贝尔理论(规范场理论又称非阿贝尔规范场理论)。”杨振宁这段话讲得很通俗,内涵却非常丰富,包含4种风格要素:实验现象(“新的宇宙粒子”)、物理思想(“场论”)、数学方法(“非阿贝尔”是非线性阿贝尔数学方程的简称)、审美意趣。
但是,杨振宁创立规范场理论最早的思路源于一种哲学思维——类比:因为电荷守恒对应一种“场”——电磁场,“在1954年产生了一个很自然的问题,那时发现除了守恒的电荷以外,还有别的守恒量,譬如说同位旋也是守恒的。那么,守恒的同位旋是否也要产生一个场呢?”就是这样一种哲学性的类比思维开辟了探索规范场的新思路,几经曲折后,杨振宁与米尔斯于1954年合作创立了非阿贝尔规范场论,被物理学界普遍认为是超越李—杨诺贝尔奖成果的重大理论创新。
上述五种高水平创新要素(物理现象、物理思想、数学方法、审美意趣、哲学思维)集成起来,便形成独树一帜的杨振宁科学创新风格。这一风格求实、深广、精致而优雅,犹如一把背厚、刃锐而优美的艺术性利斧,成为杨振宁在物理学领域开辟方向、攻坚克难、架桥铺路的锐利武器。科学史上,形成如此科学风格的科学大师并不多见。非凡的科学风格是杨振宁成为光辉夺目而经久不衰的一代科学巨星的重要原因。
(摘编自朱亚宗《诺贝尔物理学奖获得者杨振宁——成才、治学与情怀简论》)
1.下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是( )2.根据材料内容,下列说法不正确的一项是( )3.如果给材料二拟一个标题,最恰当的一项是( )4.请结合材料一,简要概括“理论结构之美”的内涵。