《science》公布：影響世界的125個最前沿問題

在science創刊的125周年的時候，science公布了目前科學研究領域最具挑戰性的問題。這些問題有很多目前還沒有完全研究透徹。要想了解世界未來的動態和發展，了解這些前沿的科學問題十分重要。

其中這些問題裡有46%涉及生命科學，16%涉及宇宙和地球，14%涉及物質科學，9%涉及認知科學，25涉及其他。下面對125個問題進行歸納：

一、涉及生命科學的問題：

生命科學是研究生物(包括植物、動物和微生物)的結構、功能、發生和發展規律的科學，是自然科學的一個部分。

1、意識的生物學基礎是什麼？

2、為什麼人類的基因如此之少？

3、遺傳變異與人類健康的相關程度如何？

4、人類壽命可以延長多久？

5、是什麼控制著器官的再生？

6、皮膚細胞如何成為神經細胞？

7、單個細胞怎麼成為整株植物？

8、地球生命在何處產生、如何產生？

9、什麼決定了物種的多樣性？

10、什麼基因造就了獨特的人類？

11、怎樣從海量生物數據中產生大的可視圖片？

12、我們能否有選擇地切斷某些免疫反應？

13、能否研製出有效的HIV疫苗？

14、能否預測蛋白質摺疊?

15、人體中的蛋白質有多少存在方式?

16、蛋白質如何發現其作用對象?

17、細胞死亡有多少種形式?

19、是什麼保持了細胞內的通行順暢?

20、為什麼細胞的成分可以獨立於DNA而自行複製?

21、基因組中功能不同於RNA的角色是什麼?

22、基因組中端粒和絲粒的作用是什麼?

23、為什麼一些基因組很大，另一些又相當緊湊?

24、基因組中的「垃圾」(「junk」)有何作用?

25、新技術能使DNA測序的成本降低多少?

26、器官和整個有機體如何了解停止生長的時間?

27、除了繼承突變，基因組如何改變?

28、在胚胎期，不對稱現象是如何確定的?

29、翼、鰭和面孔如何發育進化?

30、幹細胞是否位於所有腫瘤的中心?

31、腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎?

32、腫瘤的控制比治癒是否更容易?

33、炎症是所有慢性疾病的主要原因嗎?

34、狂牛症會怎樣發展?

35、脊椎動物在多大程度上依賴先天免疫系統來抵抗傳染病?

36、對抗原而言，免疫記憶需要延長暴露嗎?

37、為什麼孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒?

38、什麼與有機體的生物鐘同步?

39、遷徙生物怎樣發現其遷移路線?

40、信息素影響人類行為嗎?

41、一般麻醉劑如何發揮作用?

42、阿茲海默症患者的生命能夠延續多久?

43、致癮的生物學基礎是什麼?

44、大腦如何建立道德觀念?

45、有多少個性源於遺傳?

46、性別傾向的生物學根源是什麼?

47、生命樹是生命之間系統關係最好的表達方式嗎?

48、地球上有多少物種?

49、什麼是物種?

50、橫向轉移為什麼會發生在眾多的物種中以及如何發生?

51、誰是世界的共同祖先?

52、植物的花朵如何進化?

53、植物怎樣製造細胞壁?

54、如何控制植物生長?

55、為什麼所有的植物不能免疫一切疾病?

56、外界壓力環境下，植物的變異基礎是什麼?

57、能否避免物種消亡?

58、一些恐龍為什麼如此龐大?

59、生態系統對全球變暖的反應如何?

60、至今共有多少人種，他們之間有何關聯?

61、什麼是人種，人種如何進化?

二、涉及宇宙與地球的問題：

1、宇宙由什麼構成？

2、地球內部如何運轉？

3、溫室效應會使地球溫度達到多高？

4、地球到底能負擔多少人口？

5、宇宙是否統一？

6、是什麼驅動宇宙膨脹？

7、第一顆恆星與星系何時產生、怎樣產生？

8、超高能宇宙射線來自何處？

9、是什麼給類星體提供動力？

10、黑洞的本質是什麼？

11、行星怎樣形成?

12、是什麼引發了冰期?

13、使地球磁場逆轉的原因是什麼?

14、是否存在有助於預報的地震先兆?

15、太陽系的其他星球上現在和過去是否存在生命?

16、地球人類在宇宙中是否獨一無二？

三、涉及物質科學的問題：

物質科學，致力於研究自然界物質的微觀結構、運動及其相互作用的一般規律。它主要包括物理學和化學兩大領域。

1、化學自組織的發展程度如何？

2、什麼時間用什麼能源可以代替石油？

3、正物質為何多於反物質？

4、質子會衰變嗎？

5、是否存在比夸克更加小的基本粒子？

6、中微子是自己的反粒子嗎？

7、人類能夠製造最強的雷射嗎？

8、能否製造完美的光學透鏡？

9、是否可能製造出室溫下的磁性半導體?

10、是否存在穩定的高原子量元素?

11、固體中是否有超流動性?如果有，如何解釋?

12、水的結構如何?

13、玻璃態物質的本質是什麼?

14、是否存在合理化學合成的極限?

15、核聚變將最終成為未來的能源嗎?

16、是什麼引起物質消失?

17、光電電池的最終效率如何?

四、涉及認知科學的問題：

認知科學是20世紀世界科學標誌性的新興研究門類，它是探究人腦或心智工作機制的前沿性尖端學科。

1、什麼是人類文化的根源?

2、語言和音樂演化的根源是什麼?

3、為什麼一些國家向前發展，而有些國家的發展停滯?

4、政府高額赤字對國家利益和經濟增長速度有什麼影響?

5、政治與經濟自由密切相關嗎?

6、為什麼改變撒哈拉地區貧困狀態的努力幾乎全部失敗?

7、學習為什麼存在臨界期?

8、導致精神分裂症的原因是什麼?

9、引發孤獨症的原因是什麼?

10、記憶如何儲存和恢復？

11、是什麼引發了青春期?

12、為什麼要睡眠?

13、是什麼提升了現代人類的行為?

14、人類合作行為如何發展？

五、其他

1、自然界中手性原則的起源是什麼?

2、重力的本質是什麼？

3、時間為何不同於其他維度？

4、驅動太陽磁周期的原因是什麼?

5、對粒子物理標準模型研究是否會停止在量子Yang-Mills理論上?

6、量子不確定性和非局部性背後是否有更加深刻的原理？

7、什麼是高溫超導性之後的成對機制?

8、能否發展關於湍流動力學和顆粒材料運動學的綜合理論?

9、通過計算機進行學習的極限是什麼?

10、物理定律能否統一？

11、什麼是傳統計算機的極限？

12、是否有解釋所有相關電子系統的統一理論？

13、有沒有簡單的方法確定橢圓曲線是否存在無窮多解?

14、霍奇閉鏈是代數閉鏈的和嗎?

15、數學家將會最終給出Navier-Stokes方程的解嗎?

16、龐加萊實驗能否確定4維空間的球?

17、黎曼zeta函數的零解都有a+bi形式嗎?

部分問題領域有所交叉，所以歸類到最合適的領域。總之，這125個問題是當前世界最前沿的問題。部分問題已經有了答案，部分還在研究當中。解決這些問題，將使一個國家在科學和科技領域發生很大的提高，同時也會對世界帶來能夠前所未有的變化。

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