SCIENCE公布125个科学前沿问题

Posted 2020-10-12

在庆祝SCIENCE创刊125周年之际，该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题，发表在7月1日出版的专辑上。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。这125个问题如下(前25个被认为是最重要的问题)：

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的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)
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。