全世界最前沿的125個科學問題
在慶祝SCIENCE創刊125周年之際，該刊雜志社公布了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占46%，關系宇宙和地球的問題占16%，與物質科學相關的問題占14%以上，認知科學問題占9%。其余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。
在今后1／4個世紀的時間里，人們將致力于研究解決這些問題。其中，前25個被認為是最重要的問題。
這125個問題如下：
?1、宇宙由什么構成?
?2、意識的生物學基礎是什么?
?3、為什么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、是什么控制著器官再生?
?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、什么決定了物種的多樣性?
?14、什么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、什么是傳統計算的極限?
?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后是否有更深刻的原理?
?22、能否研制出有效的HIV疫苗?
?23、溫室效應會使地球溫度達到多高?
?24、什么時間用什么能源可以替代石油?
?25、地球到底能負擔多少人口?
?26、宇宙是否唯一?
?27、是什么驅動宇宙膨脹?
?28、第一顆恒星與星系何時產生、怎樣產生?
?29、超高能宇宙射線來自何處?
?30、是什么給類星體提供動力?
?31、黑洞的本質是什么?
?32、正物質為何多于反物質?
?33、質子會衰減嗎?
?34、重力的本質是什么?
?35、時間為何不同于其他維度?
?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、人類能夠制造最強的激光嗎?
?40、能否制造完美的光學透鏡?
?41、是否可能制造出室溫下的磁性半導體?
?42、什么是高溫超導性之后的成對機制?
?43、能否發展關于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么?
?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么?
?52、行星怎樣形成?
?53、是什么引發了冰期?
?54、使地球磁場逆轉的原因是什么?
?55、是否存在有助于預報的地震先兆?
?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么?
?58、能否預測蛋白質折疊?
?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、是什么保持了細胞內的通行順暢?
?63、為什么細胞的成分可以獨立于DNA而自行復制?
?64、基因組中功能不同于RNA的角色是什么?
?65、基因組中端粒和絲粒的作用是什么?
?66、為什么一些基因組很大，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、是什么引發了青春期?
?74、干細胞是否位于所有腫瘤的中心?
?75、腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎?
?76、腫瘤的控制比治愈是否更容易?
?77、炎癥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、為什么孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒?
?82、什么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、為什么要睡眠?
?85、人類為什么會做夢?
?86、語言學習為什么存在臨界期?
?87、信息素影響人類行為嗎?
?88、一般麻醉劑如何發揮作用?
?89、導致精神分裂癥的原因是什么?
?90、引發孤獨癥的原因是什么?
?91、阿茲海默癥患者的生命能夠延續多久?
?92、致癮的生物學基礎是什么?
?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么?
?95、有多少個性源于遺傳?
?96、性別傾向的生物學根源是什么?
?97、生命樹是生命之間系統關系最好的表達方式嗎?
?98、地球上有多少物種?
?99、什么是物種?
?100、橫向轉移為什么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、植物怎樣制造細胞壁?
?104、如何控制植物生長?
?105、為什么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么?
?107、是什么引起物質消失?
?108、能否避免物種消亡?
?109、一些恐龍為什么如此龐大?
?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、是什么提升了現代人類的行為?
?113、什么是人類文化的根源?
?114、語言和音樂演化的根源是什么?
?115、什么是人種，人種如何進化?
?116、為什么一些國家向前發展，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么影響?
?118、政治與經濟自由密切相關嗎?
?119、為什么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?
(注：最后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》
