Science發布全世界最前沿的125個科學問題

來源：《Science》

哲學園鳴謝

在慶祝SCIENCE創刊125周年之際，該刊雜誌社公布了125個最具挑戰性的科學問題。

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。

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。

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?

(註：最後6個數學問題選自Clay數學研究所提出的新千年問題)

來源：《Science》

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