在慶祝Science創(chuàng)刊125周年之際，Science公布了125個最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。了解前沿科學(xué)研究方向，對你或子女的成長或許有所幫助。

簡單歸納統(tǒng)計這125個問題，其中涉及生命科學(xué)的問題占46%，關(guān)系宇宙和地球的問題占16%，與物質(zhì)科學(xué)相關(guān)的問題占14%以上，認(rèn)知科學(xué)問題占9%。其余問題分別涉及數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)、政治與經(jīng)濟、能源、環(huán)境和人口等。

在今后1／4個世紀(jì)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(rèn)為是最重要的問題。

這125個問題如下：

1、宇宙由什么構(gòu)成?

2、意識的生物學(xué)基礎(chǔ)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(guān)程度如何?

5、物理定律能否統(tǒng)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(xì)胞如何成為神經(jīng)細(xì)胞?

9、單個體細(xì)胞怎樣成為整株植物?

10、地球內(nèi)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(chǎn)生、如何產(chǎn)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(fù)?

16、人類合作行為如何發(fā)展?

17、怎樣從海量生物數(shù)據(jù)中產(chǎn)生大的可視圖片?

18、化學(xué)自組織的發(fā)展程度如何?

19、什么是傳統(tǒng)計算的極限?

20、我們能否有選擇地切斷某些免疫反應(yīng)?

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(yīng)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(fù)擔(dān)多少人口?

26、宇宙是否唯一?

27、是什么驅(qū)動宇宙膨脹?

28、第一顆恒星與星系何時產(chǎn)生、怎樣產(chǎn)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(zhì)是什么?

32、正物質(zhì)為何多于反物質(zhì)?

33、質(zhì)子會衰減嗎?

34、重力的本質(zhì)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(guān)電子系統(tǒng)的統(tǒng)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(xué)透鏡?

41、是否可能制造出室溫下的磁性半導(dǎo)體?

42、什么是高溫超導(dǎo)性之后的成對機制?

43、能否發(fā)展關(guān)于湍流動力學(xué)和顆粒材料運動學(xué)的綜合理論?

44、是否存在穩(wěn)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(jié)構(gòu)如何?

47、玻璃態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)是什么?

48、是否存在合理化學(xué)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(qū)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(fā)了冰期?

54、使地球磁場逆轉(zhuǎn)的原因是什么?

55、是否存在有助于預(yù)報的地震先兆?

56、太陽系的其他星球上現(xiàn)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(yù)測蛋白質(zhì)折疊?

59、人體中的蛋白質(zhì)有多少存在方式?

60、蛋白質(zhì)如何發(fā)現(xiàn)其作用對象?

61、細(xì)胞死亡有多少種形式?

62、是什么保持了細(xì)胞內(nèi)的通行順暢?

63、為什么細(xì)胞的成分可以獨立于DNA而自行復(fù)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(dāng)緊湊?

67、基因組中的“垃圾”(“junk”)有何作用?

68、新技術(shù)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(xiàn)象是如何確定的?

72、翼、鰭和面孔如何發(fā)育進化?

73、是什么引發(fā)了青春期?

74、干細(xì)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(fā)展?

79、脊椎動物在多大程度上依賴先天免疫系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(xué)習(xí)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(fā)揮作用?

89、導(dǎo)致精神分裂癥的原因是什么?

90、引發(fā)孤獨癥的原因是什么?

91、阿茲海默癥患者的生命能夠延續(xù)多久?

92、致癮的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么?

93、大腦如何建立道德觀念?

94、通過計算機進行學(xué)習(xí)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(xué)根源是什么?

97、生命樹是生命之間系統(tǒng)關(guān)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(zhuǎn)移為什么會發(fā)生在眾多的物種中以及如何發(fā)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(xì)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(huán)境下，植物的變異基礎(chǔ)是什么?

107、是什么引起物質(zhì)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(tài)系統(tǒng)對全球變暖的反應(yīng)如何?

111、至今共有多少人種，他們之間有何關(guān)聯(lián)?

112、是什么提升了現(xiàn)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(fā)展，而有些國家的發(fā)展停滯?

117、政府高額赤字對國家利益和經(jīng)濟增長速度有什么影響?

118、政治與經(jīng)濟自由密切相關(guān)嗎?

119、為什么改變?nèi)龉貐^(qū)貧困狀態(tài)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?zhǔn)谴鷶?shù)閉鏈的和嗎?

122、數(shù)學(xué)家將會最終給出Navier-Stokes方程的解嗎?

123、龐加萊實驗?zāi)芊翊_定4維空間的球?

124、黎曼zeta函數(shù)的零解都有a+bi形式嗎?

125、對粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型研究是否會停止在量子Yahg-Mills理論上?

(注：最后6個數(shù)學(xué)問題選自Clay數(shù)學(xué)研究所提出的新千年問題)