全世界最前沿的125个科学问题

在庆祝Science创刊125周年之际，Science公布了125个最具挑战性的科学问题。了解前沿科学研究方向，对你或子女的成长或许有所帮助。

简单归纳统计这125个问题，其中涉及生命科学的问题占46%，关系宇宙和地球的问题占16%，与物质科学相关的问题占14%以上，认知科学问题占9%。其余问题分别涉及数学与计算机科学、政治与经济、能源、环境和人口等。

在今后1／4个世纪的时间里，人们将致力于研究解决这些问题。其中，前25个被认为是最重要的问题。

这125个问题如下：

1、宇宙由什么构成?

2、意识的生物学基础是什么?

3、为什么人类基因会如此之少?

4、遗传变异与人类健康的相关程度如何?

5、物理定律能否统一?

6、人类寿命到底可以延长多久?

7、是什么控制着器官再生?

8、皮肤细胞如何成为神经细胞?

9、单个体细胞怎样成为整株植物?

10、地球内部如何运行?

11、地球人类在宇宙中是否独一无二?

12、地球生命在何处产生、如何产生?

13、什么决定了物种的多样性?

14、什么基因的改变造就了独特的人类?

15、记忆如何存储和恢复?

16、人类合作行为如何发展?

17、怎样从海量生物数据中产生大的可视图片?

18、化学自组织的发展程度如何?

19、什么是传统计算的极限?

20、我们能否有选择地切断某些免疫反应?

21、量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?

22、能否研制出有效的HIV疫苗?

23、温室效应会使地球温度达到多高?

24、什么时间用什么能源可以替代石油?

25、地球到底能负担多少人口?

26、宇宙是否唯一?

27、是什么驱动宇宙膨胀?

28、第一颗恒星与星系何时产生、怎样产生?

29、超高能宇宙射线来自何处?

30、是什么给类星体提供动力?

31、黑洞的本质是什么?

32、正物质为何多于反物质?

33、质子会衰减吗?

34、重力的本质是什么?

35、时间为何不同于其他维度?

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吗?

38、是否有解释所有相关电子系统的统一理论?

39、人类能够制造最强的激光吗?

40、能否制造完美的光学透镜?

41、是否可能制造出室温下的磁性半导体?

42、什么是高温超导性之后的成对机制?

43、能否发展关于湍流动力学和颗粒材料运动学的综合理论?

44、是否存在稳定的高原子量元素?

45、固体中是否有超流动性?如果有，如何解释?

46、水的结构如何?

47、玻璃态物质的本质是什么?

48、是否存在合理化学合成的极限?

49、光电电池的最终效率如何?

50、核聚变将最终成为未来的能源吗?

51、驱动太阳磁周期的原因是什么?

52、行星怎样形成?

53、是什么引发了冰期?

54、使地球磁场逆转的原因是什么?

55、是否存在有助于预报的地震先兆?

56、太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命?

57、自然界中手性原则的起源是什么?

58、能否预测蛋白质折叠?

59、人体中的蛋白质有多少存在方式?

60、蛋白质如何发现其作用对象?

61、细胞死亡有多少种形式?

62、是什么保持了细胞内的通行顺畅?

63、为什么细胞的成分可以独立于DNA而自行复制?

64、基因组中功能不同于RNA的角色是什么?

65、基因组中端粒和丝粒的作用是什么?

66、为什么一些基因组很大，另一些又相当紧凑?

67、基因组中的“垃圾”(“junk”)有何作用?

68、新技术能使DNA测序的成本降低多少?

69、器官和整个有机体如何了解停止生长的时间?

70、除了继承突变，基因组如何改变?

71、在胚胎期，不对称现象是如何确定的?

72、翼、鳍和面孔如何发育进化?

73、是什么引发了青春期?

74、干细胞是否位于所有肿瘤的中心?

75、肿瘤更容易通过免疫进行控制吗?

76、肿瘤的控制比治愈是否更容易?

77、炎症是所有慢性疾病的主要原因吗?

78、疯牛病会怎样发展?

79、脊椎动物在多大程度上依赖先天免疫系统来抵抗传染病?

80、对抗原而言，免疫记忆需要延长暴露吗?

81、为什么孕妇的免疫系统不拒绝其胎儿?

82、什么与有机体的生物钟同步?

83、迁徙生物怎样发现其迁移路线?

84、为什么要睡眠?

85、人类为什么会做梦?

86、语言学习为什么存在临界期?

87、信息素影响人类行为吗?

88、一般麻醉剂如何发挥作用?

89、导致精神分裂症的原因是什么?

90、引发孤独症的原因是什么?

91、阿兹海默症患者的生命能够延续多久?

92、致瘾的生物学基础是什么?

93、大脑如何建立道德观念?

94、通过计算机进行学习的极限是什么?

95、有多少个性源于遗传?

96、性别倾向的生物学根源是什么?

97、生命树是生命之间系统关系最好的表达方式吗?

98、地球上有多少物种?

99、什么是物种?

100、横向转移为什么会发生在众多的物种中以及如何发生?

101、谁是世界的共同祖先?

102、植物的花朵如何进化?

103、植物怎样制造细胞壁?

104、如何控制植物生长?

105、为什么所有的植物不能免疫一切疾病?

106、外界压力环境下，植物的变异基础是什么?

107、是什么引起物质消失?

108、能否避免物种消亡?

109、一些恐龙为什么如此庞大?

110、生态系统对全球变暖的反应如何?

111、至今共有多少人种，他们之间有何关联?

112、是什么提升了现代人类的行为?

113、什么是人类文化的根源?

114、语言和音乐演化的根源是什么?

115、什么是人种，人种如何进化?

116、为什么一些国家向前发展，而有些国家的发展停滞?

117、政府高额赤字对国家利益和经济增长速度有什么影响?

118、政治与经济自由密切相关吗?

119、为什么改变撒哈拉地区贫困状态的努力几乎全部失败?

120、有没有简单的方法确定椭圆曲线是否存在无穷多解?

121、霍奇闭链是代数闭链的和吗?

122、数学家将会最终给出Navier-Stokes方程的解吗?

123、庞加莱实验能否确定4维空间的球?

124、黎曼zeta函数的零解都有a+bi形式吗?

125、对粒子物理标准模型研究是否会停止在量子Yahg-Mills理论上?

(注：最后6个数学问题选自Clay数学研究所提出的新千年问题)