Science：未来25年要解决的125个科学前沿问题
2019-09-03 佚名 Science
炎症是所有慢性疾病的主要原因吗？人类寿命到底可以延长多久？为什么要睡眠？为什么会做梦？国家自然科学基金委副主任、中国疾病预防控制中心主任、《科学通报》主编高福指出，问题意识是科学家的基本素质， 问题导向也一直是科学家立项选题的根本所在。今天，当我们遭遇各种“卡脖子”“卡脑袋”问题的时候，特别需要强化问题导向、目标导向。Science公布了125个最具挑战性match的科学问题，在今后25年里，
炎症是所有慢性疾病的主要原因吗？人类寿命到底可以延长多久？为什么要睡眠？为什么会做梦？
国家自然科学基金委副主任、中国疾病预防控制中心主任、《科学通报》主编高福指出，问题意识是科学家的基本素质， 问题导向也一直是科学家立项选题的根本所在。今天，当我们遭遇各种“卡脖子”“卡脑袋”问题的时候，特别需要强化问题导向、目标导向。
Science公布了125个最具挑战性match的科学问题，在今后25年里，人们将致力于研究解决这些问题。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。
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。
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