超星爾雅《從愛因斯坦到霍金的宇宙》（北京師范大學(xué)）章節(jié)測試附答案第一章愛因斯坦與相對論基礎(chǔ)一、單選題愛因斯坦狹義相對論的核心假設(shè)不包括以下哪項(xiàng)？（）A.光速不變原理B.相對性原理C.等效原理D.物理定律在慣性系中形式不變答案：C解析：狹義相對論的兩大核心假設(shè)是光速不變原理和相對性原理（物理定律在所有慣性系中形式相同），等效原理是廣義相對論的基礎(chǔ)。下列哪種現(xiàn)象能體現(xiàn)狹義相對論的“時(shí)間膨脹”效應(yīng)？（）A.蘋果落地B.恒星發(fā)光C.高速運(yùn)動的時(shí)鐘變慢D.黑洞吞噬光線答案：C解析：時(shí)間膨脹是狹義相對論的重要推論，指運(yùn)動的慣性系中，時(shí)間流逝速度會變慢，速度越接近光速，效應(yīng)越明顯。二、判斷題愛因斯坦提出相對論后，牛頓力學(xué)就完全失去了科學(xué)價(jià)值。（）答案：×解析：牛頓力學(xué)是相對論在低速、宏觀條件下的近似，仍適用于日常工程、經(jīng)典物理研究等場景，具有重要實(shí)用價(jià)值。狹義相對論認(rèn)為，真空中的光速在任何慣性參考系中都是恒定的，與光源和觀測者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。（）答案：√解析：光速不變原理是狹義相對論的核心假設(shè)，已被邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)等大量觀測驗(yàn)證。第二章廣義相對論與時(shí)空彎曲一、多選題廣義相對論的核心觀點(diǎn)包括（）A.引力是時(shí)空彎曲的表現(xiàn)B.等效原理（引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等）C.時(shí)空是絕對靜止的D.物理定律在所有參考系中（包括非慣性系）都成立答案：ABD解析：廣義相對論推翻了“絕對時(shí)空”概念，認(rèn)為時(shí)空會因物質(zhì)質(zhì)量而彎曲，引力是時(shí)空彎曲的幾何效應(yīng)；等效原理是其重要前提，且物理定律在所有參考系中具有協(xié)變性。下列哪些現(xiàn)象是廣義相對論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？（）A.水星近日點(diǎn)進(jìn)動B.光線在引力場中的偏折C.引力紅移D.黑洞照片拍攝答案：ABC解析：水星近日點(diǎn)進(jìn)動、光線引力偏折、引力紅移是廣義相對論的三大經(jīng)典驗(yàn)證；黑洞照片是廣義相對論的間接佐證，但并非最初的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。二、判斷題廣義相對論認(rèn)為，物體的質(zhì)量越大，對周圍時(shí)空的彎曲程度越顯著。（）答案：√解析：時(shí)空彎曲的程度與物質(zhì)的質(zhì)量密度正相關(guān)，質(zhì)量越大（如恒星、黑洞），時(shí)空彎曲越明顯，引力效應(yīng)越強(qiáng)。等效原理指出，在封閉電梯內(nèi)，觀測者無法區(qū)分自身處于引力場中還是做加速運(yùn)動（如電梯向上加速）。（）答案：√解析：這是等效原理的通俗表述，引力與加速運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力在局部不可區(qū)分，是廣義相對論的核心思想之一。第三章黑洞的奧秘一、單選題黑洞的“視界”指的是（）A.黑洞的表面實(shí)體B.光線無法逃逸的臨界邊界C.黑洞周圍的發(fā)光區(qū)域D.黑洞的引力范圍邊界答案：B解析：視界是黑洞的臨界邊界，越過視界后，逃逸速度超過光速，任何物質(zhì)（包括光線）都無法逃離，如同“瀑布邊緣”，越過則無法返回。2019年人類首次拍攝到的黑洞照片，其對應(yīng)的黑洞位于哪個(gè)星系？（）A.銀河系B.M87星系C.仙女座星系D.大麥哲倫云答案：B解析：首次黑洞照片拍攝的是M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，距離地球5500萬光年，質(zhì)量相當(dāng)于65億顆太陽。二、判斷題黑洞是“黑”的，因?yàn)樗芪账姓丈涞剿墓饩€，不會反射任何電磁波。（）答案：√解析：黑洞的引力極強(qiáng)，視界內(nèi)的光線無法逃逸，且不反射電磁波，因此在觀測中呈現(xiàn)“黑色”區(qū)域，需通過周圍吸積盤的輻射間接探測。根據(jù)現(xiàn)有理論，物體一旦越過黑洞視界，就可能被“潮汐力”撕裂（即“面條化”）。（）答案：√解析：黑洞視界附近的引力梯度極大，物體靠近時(shí)，頭部和腳部受到的引力差會將其拉伸，形成類似“面條”的形態(tài)。第四章霍金與現(xiàn)代宇宙學(xué)一、單選題霍金提出的“黑洞蒸發(fā)”理論，其核心是（）A.黑洞會不斷吸收物質(zhì)而變大B.黑洞會通過量子隧穿效應(yīng)輻射粒子，逐漸縮小C.黑洞會與其他天體碰撞而消失D.黑洞內(nèi)部存在另一個(gè)宇宙答案：B解析：霍金結(jié)合量子力學(xué)與廣義相對論，提出黑洞并非完全“黑”，會通過“霍金輻射”（量子隧穿產(chǎn)生的粒子輻射）逐漸損失質(zhì)量，最終蒸發(fā)消失?；艚鸬摹熬S護(hù)時(shí)序猜測”認(rèn)為（）A.時(shí)間旅行是完全可行的B.物理定律會阻止制造時(shí)間機(jī)器，避免改變歷史C.黑洞內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間倒流D.宇宙的時(shí)間是循環(huán)的答案：B解析：霍金的“維護(hù)時(shí)序猜測”指出，物理定律可能通過兩種方式阻止時(shí)間機(jī)器：一是需要負(fù)能量維持蟲洞開放（難以收集足夠負(fù)能量），二是時(shí)間機(jī)器啟動時(shí)可能因能量不穩(wěn)定而爆炸，從而避免改變歷史時(shí)序。二、多選題霍金對宇宙學(xué)的主要貢獻(xiàn)包括（）A.提出黑洞蒸發(fā)理論B.建立宇宙大爆炸的“奇點(diǎn)定理”（與彭羅斯合作）C.提出“無邊界宇宙模型”D.首次拍攝到黑洞照片答案：ABC解析：霍金與彭羅斯合作證明了宇宙大爆炸的奇點(diǎn)定理，提出黑洞蒸發(fā)、無邊界宇宙模型等重要理論；黑洞照片是全球天文學(xué)家的合作成果，并非霍金個(gè)人貢獻(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)有物理定律，關(guān)于時(shí)間旅行的說法正確的是（）A.回到過去的時(shí)間旅行目前尚未被證實(shí)可行B.前往未來的時(shí)間旅行可通過“時(shí)間膨脹”效應(yīng)實(shí)現(xiàn)（如高速運(yùn)動、強(qiáng)引力場）C.蟲洞可能是時(shí)間旅行的潛在途徑，但需解決負(fù)能量維持等問題D.物理定律完全禁止任何形式的時(shí)間旅行答案：ABC解析：目前科學(xué)界尚未證實(shí)“回到過去”的時(shí)間旅行可行，霍金的猜測認(rèn)為物理定律可能阻止其實(shí)現(xiàn)；但“前往未來”可通過狹義相對論的時(shí)間膨脹（如接近光速旅行）或廣義相對論的引力時(shí)間膨脹（如靠近黑洞）實(shí)現(xiàn)；蟲洞是理論上的時(shí)間旅行途徑，但需足夠負(fù)能量維持開放，目前尚未發(fā)現(xiàn)可行的實(shí)現(xiàn)方式。第五章宇宙的起源與演化一、判斷題宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)密度無限大、溫度無限高的“奇點(diǎn)”。（）答案：√解析：這是宇宙大爆炸理論的核心觀點(diǎn)，奇點(diǎn)爆炸后，宇宙不斷膨脹、冷卻，逐漸形成恒星、星系等天體?；艚鸬摹盁o邊界宇宙模型”認(rèn)為，宇宙沒有開端和終點(diǎn)，如同地球表面，無邊界但有限。（）答案：√解析：該模型避免了宇宙大爆炸的“奇點(diǎn)疑難”，認(rèn)為宇宙在時(shí)空幾何上是閉合的，無起點(diǎn)和終點(diǎn)，是量子宇宙學(xué)的重要理論之一。二、多選題支持宇宙大爆炸理論的關(guān)鍵證據(jù)包括（）A.宇宙微波背景輻射B.星系紅移（宇宙膨脹）C.輕元素豐度（氫、氦比例）D.黑洞的存在答案：ABC解析：宇宙微波背景輻射是大爆炸的“余溫”，星系紅移證明宇宙在膨脹，輕元素豐度與大爆炸理論的核合成預(yù)測一致，這三大證據(jù)支撐了大爆炸理論；黑洞是宇宙演化的產(chǎn)物，并非大爆炸理論的直接證據(jù)。關(guān)于宇宙的未來，目前科學(xué)界的主流推測包括（）A.持續(xù)膨脹直