全世界最前沿的125个科学问题

为了庆祝《科学》125周年，该杂志发表了125个最具挑战性的科学问题。

简单地总结和计算这125个问题，其中46%与生命科学有关，16%与宇宙和地球有关，14%与材料科学有关，9%与认知科学有关。剩下的问题涉及数学和计算机科学、政治和经济、能源、环境和人口。

在下一个四分之一世纪，人们将致力于研究和解决这些问题。其中，前25个被认为是最重要的问题。

这125个问题如下:

1.什么构成了宇宙？

2.意识的生物学基础是什么？

3.为什么人类基因如此之少？

4.遗传变异和人类健康之间有什么关系？

5.物理定律能统一吗？

6.人类寿命能延长多久？

什么控制器官再生？

8.皮肤细胞如何变成神经细胞？

9.一个单细胞如何变成一棵完整的植物？

地球内部是如何运作的？

11.地球人在宇宙中是独一无二的吗？

12.地球上的生命是在哪里以及如何形成的？

13.什么决定物种多样性？

14.什么样的基因变化造就了独特的人类？

15、如何存储和恢复记忆？

16.人类合作是如何发展的？

17、如何从海量生物数据中产生大的可视图像？

18.化学自组织的发展程度如何？

19、传统计算的极限是什么？

20.我们能选择性地切断一些免疫反应吗？

21.量子不确定性和非局域性背后有更深层次的原理吗？

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22.能否开发出有效的艾滋病疫苗？

23、温室效应会使地球温度达到多高？

24.什么时候什么能量可以取代石油？

地球能负担多少人？

宇宙是唯一的吗？

是什么推动了宇宙的膨胀？

28.第一颗恒星和星系是何时以及如何形成的？

29、超高能宇宙射线来自哪里？

类星体有什么力量？

黑洞的本质是什么？

32.为什么有比反物质更多的积极物质？

33.质子会衰变吗？

34.重力的本质是什么？

为什么时间不同于其他维度？

36.有没有比夸克小的基本粒子？

37.中微子是它们自己的反粒子吗？

38.有统一的理论来解释所有相关的电子系统吗？

人类能产生最强的激光吗？

40.能制造出完美的光学透镜吗？

41.室温下有可能生产磁性半导体吗？

42.高温超导之后的配对机制是什么？

43.湍流动力学和粒子材料运动学的综合理论能被发展吗？

44.有高原子量的稳定元素吗？

45.实体中是否存在流动性过剩？如果是，你如何解释？

水的结构是什么？

玻璃物质的本质是什么？

48.合理的化学合成有极限吗？

49.光伏电池的最终效率是多少？

50、核聚变最终将成为未来的能源？

51.驱动太阳磁周期的原因是什么？

行星是如何形成的？

53、是什么导致了冰河世纪？

54.逆转地球磁场的原因是什么？

55.有什么地震前兆有助于预测吗？

56.现在和过去太阳系的其他行星上有生命吗？

57.手性原理在自然界的起源是什么？

58.蛋白质折叠可以预测吗？

59.人体内存在多少蛋白质？

60.蛋白质如何找到它们的目标？

61、细胞死亡有几种形式？

62.是什么让细胞通道保持畅通？

63.为什么细胞成分可以独立于DNA复制？

64.基因组功能不同于核糖核酸的作用是什么？

65.基因组中端粒和细丝的功能是什么？

66.为什么有些基因组很大，而有些却很紧凑？

67.“垃圾”在基因组中的角色是什么？

68.这项新技术能降低多少DNA测序成本？

69.器官和整个有机体如何知道何时停止生长？

70、除了遗传突变，基因组如何变化？

在胚胎阶段，不对称是如何确定的？

72.翅膀、鳍和脸是如何进化的？

73.是什么引发了青春期？

74.干细胞位于所有肿瘤的中心吗？

75.通过免疫接种肿瘤更容易控制吗？

76.控制肿瘤比治愈容易吗？

77.炎症是所有慢性病的主要原因吗？

78.疯牛病将如何发展？

脊椎动物在多大程度上依赖先天免疫系统来抵抗传染病？

对于抗原，免疫记忆需要长时间暴露吗？

81.为什么孕妇的免疫系统不排斥她的胎儿？

82.什么与生物体的生物钟同步？

83.迁徙的生物如何找到它们的迁徙路线？

84、为什么要睡觉？

为什么人类会做梦？

86.为什么语言学习会有一个关键时期？

信息素影响人类行为？

88.全身麻醉是如何工作的？

89.精神分裂症的原因是什么？

90.自闭症的原因是什么？

91.阿尔茨海默病患者的寿命能持续多久？

92.成瘾的生物学基础是什么？

93.大脑如何建立道德概念？

94.用电脑学习的极限是什么？

95、有多少性别来自遗传？

96.性取向的生物学起源是什么？

97.生命之树是生命之间系统关系的最好表达吗？

地球上有多少物种？

99.什么是物种？

100.为什么以及如何在许多物种中发生水平转移？

101.谁是世界的共同祖先？

102.植物的花朵是如何进化的？

103.植物是如何形成细胞壁的？

104.如何控制植物生长？

105.为什么不是所有的植物都对所有的疾病免疫？

106.外部压力下植物变异的基础是什么？

107.是什么导致这种物质消失？

108.物种灭绝可以避免吗？

109.为什么有些恐龙如此巨大？

110.生态系统如何应对全球变暖？

111.到目前为止有多少物种，它们之间有什么关系？

112.什么促进了现代人类行为？

113.人类文化的根源是什么？

114.语言和音乐进化的起源是什么？

115、什么是种族，种族是如何进化的？

116.为什么有些国家前进，而另一些国家停滞不前？

117.*的高赤字对国家利益和经济增长率有什么影响？

118.政治和经济*密切相关吗？

119.为什么撒哈拉地区改变贫困的努力几乎都失败了？

120.有没有一个简单的方法来确定椭圆曲线是否有无穷多个解？

121.霍奇闭链是代数闭链的和吗？

122.数学家最终会给出纳维尔-斯托克斯方程的解吗？

123、庞加莱实验能确定四维空间中的球吗？

124.黎曼ζ函数的所有零解都是a+bi形式吗？

125.对粒子物理标准模型的研究会停止在量子雅赫-米尔斯理论上吗？

(注:最后6道数学题选自克雷数学研究所提出的新千年问题)

资料来源:科学