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阅读下面的文字,完成下列各题。 量子效应不仅出现在微观世界,在生命系统中也普遍存在。 你或许不懂量子力学,但你的身体懂。当你的鼻子闻气味时,可能已经不知不觉用上了量子力学。不只是你,植物在阳光下进行光合作用,候鸟循着地球磁场长途迁徙,DNA发生突变,酶催化化学反应,这些过程都用到了量子力学。甚至有科学家认为,人类的大脑就像是一台量子计算机,神经元利用量子比特来编码信息。 量子现象在生命世界真的无处不在吗?事情或许真是这样。 生命系统也存在量子效应? 我们生活在一个经典世界中,没有什么东西可以同时出现在两个地方;如果速度不够快,滚动的小球就无法冲上小山坡;物体运动的速度永远不可能超过光速。但在诡异的量子世界,这些日常经验似乎都被打破:光子、电子这样的微观粒子不仅具有粒子的性质,也具有波的性质,它们可以同时处于两种不同状态,比如同时穿过两道狭缝——这被称为量子相干性;可以像幽灵般穿过原本看似不可穿透的能量壁垒——所谓的量子隧穿效应;两个纠缠的粒子无论相隔多远,都可以瞬间感知到彼此的状态——也就是发生量子纠缠。 量子力学准确地描述了原子、分子的行为,当这些原子、分子聚集成宏观世界复杂的生命体时,量子效应会丢失吗?还是会跨越尺度延伸出去?在生命系统中也存在量子效应吗? 长久以来,科学家们都认为,量子效应只有在尺度非常小、温度非常低的极端环境中才能表现出来,在温暖湿润的生命系统中,大量粒子的集体运动会产生嘈杂的背景噪音,淹没任何古怪的量子效应。 但越来越多的证据表明,量子现象在生命系统中普遍存在。植物的光合作用、迁徙的候鸟靠磁场导航、人类闻到不同气味,都要依靠量子力学。 光合作用中的量子相干性 在光合作用中,光子会激发叶绿素分子中的电子,产生一种名为激子的准粒子。接下来,激子从一个叶绿素分子转移到下一个,直到抵达一个叫做反应中心的地方,将能量转化为可供植物代谢的化学能。在植物体内,这个转移过程持续时间极短,效率接近100%。如果光子只是在叶绿素分子间随机游走,最终误打误撞抵达反应中心,就会因为绕路丢失掉很多能量,显然不是一种高效的行为。 2007年发表在《自然》杂志上的一项研究发现,激子可能是像波一样传播,可以同时感知所有能抵达反应中心的路径,并选择最高效的那条,也就是说,激子在叶绿素分子间的转移过程是量子相干的,从而帮助提高植物进行光合作用的效率。 迁徙候鸟与量子纠缠 欧亚鸲(qú),俗称知更鸟,是一种习惯在夜间迁徙的候鸟。每年冬天,它们都会通过磁感知向南飞行数千公里,仿佛自带指南针般不会迷路。地球磁场非常微弱,比冰箱贴还弱100倍,这些候鸟怎么会具有如此敏锐的磁感知能力呢? 欧亚鸲具有神秘的第六感——磁感知能力,可以在飞行途中定位导航 研究发现,随着迁徙季节的临近,欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4的表达水平会上升,在非迁徙鸟类中则不存在这种现象,因此科学家猜测,候鸟的磁感知能力很可能与隐花色素有关。隐花色素是一种光敏蛋白质,吸收光子后会发生化学反应,产生自由基对。自由基对由两个自由基组成,每个自由基包含奇数个电子。这些电子彼此之间可以产生量子纠缠,并对地球磁场的方向很敏感。在2021年6月23日发表于《自然》杂志的一项最新研究中,科学家第一次成功获得了欧亚鸲的隐花色素蛋白CRY4,证明它确实具有明显的磁敏感性。施加磁场后,隐花色素蛋白在蓝光照射下会发生化学反应,使得具有磁敏性的自由基对增多,从而帮助鸟类感知身体相对于地球磁场的方向。 量子现象在生命世界无处不在 早在1943年,物理学家薛定谔就提出,量子力学或许在生命当中发挥着作用。但直到今天,对于生命系统中的量子现象,我们仍然所知甚少。(摘编自陈天真《不懂量子力学?没关系,你的身体懂,植物懂,鸟类也懂》)(1)下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是 ____ A.经典世界中,没有东西可以同时出现在两个地方;当速度够快时,滚动的小球才能冲上小山坡,物体运动的速度永远不可能超过光速。B.量子世界中,光子、电子这样的微观粒子可以同时处于两种不同状态,比如同时穿过两道狭缝,像幽灵般穿过能量壁垒,瞬间感知到彼此的状态。C.一段时间内,科学家们都认为量子效应只存在于尺度非常小、温度非常低的极端环境中,在温暖湿润的生命系统中,量子效应不存在。D.2021年,科学家证明了欧亚鸲之所以能感知比冰箱贴还弱的地球磁场,是因为欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4在起作用。(2)下列对材料相关内容的概括和分析,正确的一项是 ____ A.“量子现象在生命世界真的无处不在吗?”“但在诡异的量子世界,这些日常经验似乎都被打破”,这些语句可以起到帮助读者认识量子现象的作用。B.量子现象在生命系统中普遍存在的例证很多,作者在文章中详细列举了植物的光合作用、迁徙的候鸟靠磁场导航两个依靠量子力学的例子。C.激子像波一样传播,同时感知所有能抵达反应中心的路径,并选择最高效的那条。这说明激子在叶绿素分子间的转移过程受到了量子的干预。D.作者在文章中引述了量子现象的科学研究实例,详细分析生命系统中量子力学的作用过程。这让读者认识到人类完全熟悉生命系统中的量子现象。(3)在植物的光合作用、欧亚鸲的迁徙中,量子力学是如何产生作用的?请根据材料简要说明。

阅读下面的文字,完成下列各题。
       量子效应不仅出现在微观世界,在生命系统中也普遍存在。
       你或许不懂量子力学,但你的身体懂。当你的鼻子闻气味时,可能已经不知不觉用上了量子力学。不只是你,植物在阳光下进行光合作用,候鸟循着地球磁场长途迁徙,DNA发生突变,酶催化化学反应,这些过程都用到了量子力学。甚至有科学家认为,人类的大脑就像是一台量子计算机,神经元利用量子比特来编码信息。
        量子现象在生命世界真的无处不在吗?事情或许真是这样。
        生命系统也存在量子效应?
       我们生活在一个经典世界中,没有什么东西可以同时出现在两个地方;如果速度不够快,滚动的小球就无法冲上小山坡;物体运动的速度永远不可能超过光速。但在诡异的量子世界,这些日常经验似乎都被打破:光子、电子这样的微观粒子不仅具有粒子的性质,也具有波的性质,它们可以同时处于两种不同状态,比如同时穿过两道狭缝——这被称为量子相干性;可以像幽灵般穿过原本看似不可穿透的能量壁垒——所谓的量子隧穿效应;两个纠缠的粒子无论相隔多远,都可以瞬间感知到彼此的状态——也就是发生量子纠缠。
        量子力学准确地描述了原子、分子的行为,当这些原子、分子聚集成宏观世界复杂的生命体时,量子效应会丢失吗?还是会跨越尺度延伸出去?在生命系统中也存在量子效应吗?
        长久以来,科学家们都认为,量子效应只有在尺度非常小、温度非常低的极端环境中才能表现出来,在温暖湿润的生命系统中,大量粒子的集体运动会产生嘈杂的背景噪音,淹没任何古怪的量子效应。
       但越来越多的证据表明,量子现象在生命系统中普遍存在。植物的光合作用、迁徙的候鸟靠磁场导航、人类闻到不同气味,都要依靠量子力学。
       光合作用中的量子相干性       在光合作用中,光子会激发叶绿素分子中的电子,产生一种名为激子的准粒子。接下来,激子从一个叶绿素分子转移到下一个,直到抵达一个叫做反应中心的地方,将能量转化为可供植物代谢的化学能。在植物体内,这个转移过程持续时间极短,效率接近100%。如果光子只是在叶绿素分子间随机游走,最终误打误撞抵达反应中心,就会因为绕路丢失掉很多能量,显然不是一种高效的行为。
        2007年发表在《自然》杂志上的一项研究发现,激子可能是像波一样传播,可以同时感知所有能抵达反应中心的路径,并选择最高效的那条,也就是说,激子在叶绿素分子间的转移过程是量子相干的,从而帮助提高植物进行光合作用的效率。
       迁徙候鸟与量子纠缠       欧亚鸲(qú),俗称知更鸟,是一种习惯在夜间迁徙的候鸟。每年冬天,它们都会通过磁感知向南飞行数千公里,仿佛自带指南针般不会迷路。地球磁场非常微弱,比冰箱贴还弱100倍,这些候鸟怎么会具有如此敏锐的磁感知能力呢?
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       欧亚鸲具有神秘的第六感——磁感知能力,可以在飞行途中定位导航       研究发现,随着迁徙季节的临近,欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4的表达水平会上升,在非迁徙鸟类中则不存在这种现象,因此科学家猜测,候鸟的磁感知能力很可能与隐花色素有关。隐花色素是一种光敏蛋白质,吸收光子后会发生化学反应,产生自由基对。自由基对由两个自由基组成,每个自由基包含奇数个电子。这些电子彼此之间可以产生量子纠缠,并对地球磁场的方向很敏感。在2021年6月23日发表于《自然》杂志的一项最新研究中,科学家第一次成功获得了欧亚鸲的隐花色素蛋白CRY4,证明它确实具有明显的磁敏感性。施加磁场后,隐花色素蛋白在蓝光照射下会发生化学反应,使得具有磁敏性的自由基对增多,从而帮助鸟类感知身体相对于地球磁场的方向。
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       量子现象在生命世界无处不在       早在1943年,物理学家薛定谔就提出,量子力学或许在生命当中发挥着作用。但直到今天,对于生命系统中的量子现象,我们仍然所知甚少。
(摘编自陈天真《不懂量子力学?没关系,你的身体懂,植物懂,鸟类也懂》)
(1)下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是 ____
A.经典世界中,没有东西可以同时出现在两个地方;当速度够快时,滚动的小球才能冲上小山坡,物体运动的速度永远不可能超过光速。
B.量子世界中,光子、电子这样的微观粒子可以同时处于两种不同状态,比如同时穿过两道狭缝,像幽灵般穿过能量壁垒,瞬间感知到彼此的状态。
C.一段时间内,科学家们都认为量子效应只存在于尺度非常小、温度非常低的极端环境中,在温暖湿润的生命系统中,量子效应不存在。
D.2021年,科学家证明了欧亚鸲之所以能感知比冰箱贴还弱的地球磁场,是因为欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4在起作用。
(2)下列对材料相关内容的概括和分析,正确的一项是 ____
A.“量子现象在生命世界真的无处不在吗?”“但在诡异的量子世界,这些日常经验似乎都被打破”,这些语句可以起到帮助读者认识量子现象的作用。
B.量子现象在生命系统中普遍存在的例证很多,作者在文章中详细列举了植物的光合作用、迁徙的候鸟靠磁场导航两个依靠量子力学的例子。
C.激子像波一样传播,同时感知所有能抵达反应中心的路径,并选择最高效的那条。这说明激子在叶绿素分子间的转移过程受到了量子的干预。
D.作者在文章中引述了量子现象的科学研究实例,详细分析生命系统中量子力学的作用过程。这让读者认识到人类完全熟悉生命系统中的量子现象。
(3)在植物的光合作用、欧亚鸲的迁徙中,量子力学是如何产生作用的?请根据材料简要说明。

题目解答

答案

(1)C.“科学家们都认为量子效应只存在于尺度非常小、温度非常低的极端环境中,在温暖湿润的生命系统中……量子效应不存在”错误,原文“长久以来,科学家们都认为,量子效应只有在尺度非常小、温度非常低的极端环境中才能表现出来,在温暖湿润的生命系统中,大量粒子的集体运动会产生嘈杂的背景噪音,淹没任何古怪的量子效应”,是表现出来与否,并不是“只存在”“不存在”。选项曲解文意。
(2)A.“可以起到帮助读者认识量子现象的作用”错,这些语句没有谈量子现象的相关内容,无从“帮助读者认识量子现象”,只能起到激发读者阅读兴趣的作用。
C.“激子像波一样传播”说法绝对,原文是“激子可能是像波一样传播”,应为“可能是”。
D.“这让读者认识到人类完全熟悉生命系统中的量子现象”,夸大其词,原文“对于生命系统中的量子现象,我们仍然所知甚少”。
故选:B。
(3)植物的光合作用中:
“在光合作用中,光子会激发叶绿素分子中的电子,产生一种名为激子的准粒子。接下来,激子从一个叶绿素分子转移到下一个,直到抵达一个叫做反应中心的地方,将能量转化为可供植物代谢的化学能”“激子可能是像波一样传播,可以同时感知所有能抵达反应中心的路径,并选择最高效的那条”,据此概括整合出出“光子激发叶绿素分子中的电子,产生激子。激子在叶绿素分子间传播,同时感知并选择最高效的路径抵达反应中心,最终将能量转化为可供植物代谢的化学能”。
欧亚鸲的迁徙中:
“随着迁徙季节的临近,欧亚鸲视网膜中的隐花色素CRY4的表达水平会上升”“隐花色素是一种光敏蛋白质,吸收光子后会发生化学反应,产生自由基对。自由基对由两个自由基组成,每个自由基包含奇数个电子。这些电子彼此之间可以产生量子纠缠,并对地球磁场的方向很敏感”“施加磁场后,隐花色素蛋白在蓝光照射下会发生化学反应,使得具有磁敏性的自由基对增多,从而帮助鸟类感知身体相对于地球磁场的方向”,据此概括整合出“欧亚鸲视网膜中的隐花色素吸收光子产生自由基对,自由基对中的电子产生量子纠缠,且对地球磁场的方向很敏感,从而帮助欧亚鸲感知身体相对于地球磁场的方向”。

答案:
(1)C
(2)B
(3)①植物的光合作用中:光子激发叶绿素分子中的电子,产生激子。激子在叶绿素分子间传播,同时感知并选择最高效的路径抵达反应中心,最终将能量转化为可供植物代谢的化学能。
②欧亚鸲的迁徙中:欧亚鸲视网膜中的隐花色素吸收光子产生自由基对,自由基对中的电子产生量子纠缠,且对地球磁场的方向很敏感,从而帮助欧亚鸲感知身体相对于地球磁场的方向。

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