挑戰未來丨當今全球125個科學難題

SCIENCE在慶祝創刊125周年之際，公布了125個最具挑戰性的科學問題。在今後1／4個世紀的時間裡，人們將致力於研究解決這些問題。其中，前25個被認為是最重要的問題。

簡單歸納統計這125個問題，其中涉及生命科學的問題佔46%，關係宇宙和地球的問題佔16%，與物質科學相關的問題佔14%以上，認知科學問題佔9%。其餘問題分別涉及數學與計算機科學、政治與經濟、能源、環境和人口等。

這125個問題如下：

1 宇宙由什麼構成?

2 意識的生物學基礎是什麼?

3 為什麼人類基因會如此之少?

4 遺傳變異與人類健康的相關程度如何?

5 物理定律能否統一?

6 人類壽命到底可以延長多久?

7 是什麼控制著器官再生?

8 皮膚細胞如何成為神經細胞?

9 單個體細胞怎樣成為整株植物?

10 地球內部如何運行?

11 地球人類在宇宙中是否獨一無二?

12 地球生命在何處產生、如何產生?

13 什麼決定了物種的多樣性?

14 什麼基因的改變造就了獨特的人類?

15 記憶如何存儲和恢復?

16 人類合作行為如何發展?

17 怎樣從海量生物數據中產生大的可視圖片?

18 化學自組織的發展程度如何?

19 什麼是傳統計算的極限?

20 我們能否有選擇地切斷某些免疫反應?

21 量子不確定性和非局部性背後是否有更深刻的原理?

22 能否研製出有效的HIV疫苗?

23 溫室效應會使地球溫度達到多高?

24 什麼時間用什麼能源可以替代石油?

25 地球到底能負擔多少人口?

26 宇宙是否唯一?

27 是什麼驅動宇宙膨脹?

28 第一顆恆星與星系何時產生、怎樣產生?

29 超高能宇宙射線來自何處?

30 是什麼給類星體提供動力?

31 黑洞的本質是什麼?

32 正物質為何多於反物質?

33 質子會衰減嗎?

34 重力的本質是什麼?

35 時間為何不同於其他維度?

36 是否存在比夸克更小的基本粒子?

37 中微子是其自己的反粒子嗎?

38 是否有解釋所有相關電子系統的統一理論?

39 人類能夠製造最強的激光嗎?

40 能否製造完美的光學透鏡?

41 是否可能製造出室溫下的磁性半導體?

42 什麼是高溫超導性之後的成對機制?

43 能否發展關於湍流動力學和顆粒材料運動學的綜合理論?

44 是否存在穩定的高原子量元素?

45 固體中是否有超流動性?如果有，如何解釋?

46 水的結構如何?

47 玻璃態物質的本質是什麼?

48 是否存在合理化學合成的極限?

49 光電電池的最終效率如何?

50 核聚變將最終成為未來的能源嗎?

51 驅動太陽磁周期的原因是什麼?

52 行星怎樣形成?

53 是什麼引發了冰期?

54 使地球磁場逆轉的原因是什麼?

55 是否存在有助於預報的地震先兆?

56 太陽系的其他星球上現在和過去是否存在生命?

57 自然界中手性原則的起源是什麼?

58 能否預測蛋白質摺疊?

59 人體中的蛋白質有多少存在方式?

60 蛋白質如何發現其作用對象?

61 細胞死亡有多少種形式?

62 是什麼保持了細胞內的通行順暢?

63 為什麼細胞的成分可以獨立於DNA而自行複製?

64 基因組中功能不同於RNA的角色是什麼?

65 基因組中端粒和絲粒的作用是什麼?

66 為什麼一些基因組很大，另一些又相當緊湊?

67 基因組中的「垃圾」(「junk」)有何作用?

68 新技術能使DNA測序的成本降低多少?

69 器官和整個有機體如何了解停止生長的時間?

70 除了繼承突變，基因組如何改變?

71 在胚胎期，不對稱現象是如何確定的?

72 翼、鰭和面孔如何發育進化?

73 是什麼引發了青春期?

74 幹細胞是否位於所有腫瘤的中心?

75 腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎?

76 腫瘤的控制比治癒是否更容易?

77 炎症是所有慢性疾病的主要原因嗎?

78 瘋牛病會怎樣發展?

79 脊椎動物在多大程度上依賴先天免疫系統來抵抗傳染病?

80 對抗原而言，免疫記憶需要延長暴露嗎?

81 為什麼孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒?

82 什麼與有機體的生物鐘同步?

83 遷徙生物怎樣發現其遷移路線?

84 為什麼要睡眠?

85 人類為什麼會做夢?

86 語言學習為什麼存在臨界期?

87 信息素影響人類行為嗎?

88 一般麻醉劑如何發揮作用?

89 導致精神分裂症的原因是什麼?

90 引發孤獨症的原因是什麼?

91 阿茲海默症患者的生命能夠延續多久?

92 致癮的生物學基礎是什麼?

93 大腦如何建立道德觀念?

94 通過計算機進行學習的極限是什麼?

95 有多少個性源於遺傳?

96 性別傾向的生物學根源是什麼?

97 生命樹是生命之間系統關係最好的表達方式嗎?

98 地球上有多少物種?

99 什麼是物種?

100 橫向轉移為什麼會發生在眾多的物種中以及如何發生?

101 誰是世界的共同祖先?

102 植物的花朵如何進化?

103 植物怎樣製造細胞壁?

104 如何控制植物生長?

105 為什麼所有的植物不能免疫一切疾病?

106 外界壓力環境下，植物的變異基礎是什麼?

107 是什麼引起物質消失?

108 能否避免物種消亡?

109 一些恐龍為什麼如此龐大?

110 生態系統對全球變暖的反應如何?

111 至今共有多少人種，他們之間有何關聯?

112 是什麼提升了現代人類的行為?

113 什麼是人類文化的根源?

114 語言和音樂演化的根源是什麼?

115 什麼是人種，人種如何進化?

116 為什麼一些國家向前發展，而有些國家的發展停滯?

117 政府高額赤字對國家利益和經濟增長速度有什麼影響?

118 政治與經濟自由密切相關嗎?

119 為什麼改變撒哈拉地區貧困狀態的努力幾乎全部失敗?

120 有沒有簡單的方法確定橢圓曲線是否存在無窮多解?

121 霍奇閉鏈是代數閉鏈的和嗎?

122 數學家將會最終給出Navier-Stokes方程的解嗎?

123 龐加萊實驗能否確定4維空間的球?

124 黎曼zeta函數的零解都有a+bi形式嗎?

125 對粒子物理標準模型研究是否會停止在量子Yahg-Mills理論上?

出處：大數據文摘（BigDataDigest）

來源 ：《Science》，摘自同濟大學學報(自然科學版)

版權：原作者

這些問題是不是很動人心魄？科技世界有很多的無線可能。探索世界，對於科學家們來說，是一個充滿永恆吸引力的課題。

當今，探索世界已然不僅僅是科學家的事情。很多國家的教育體制、方式都在力求培養孩子們的 「好奇心」、「善於發現」、「研究總結」等能力。開放性的科學課題，是常見課程。例如美國的學校，會讓孩子們體驗「阿波羅登月」。

眼下，越來越多的家長開始重視培養孩子的「好奇心、善於發現、研究總結」的能力。在經濟允許的情況下，他們往往會選擇讓孩子出國留學，希望孩子開闊視野，打破一些傳統思維的束縛，實現思想更深層次的跨越，或者說在求知路上獲得更大的幸福感。

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