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125个最具挑战的科学问题是什么?

125个最具挑战的科学问题是什么?

作者: Dr方木 | 来源:发表于2018-08-26 13:07 被阅读0次

    提出一个问题往往比解决一个问题更重要!

    因为解决问题也许只是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题新的可能性,从新的角度去看旧的问题,需要有创造性的想像力,而且标志着科学的真正进步。

    ——爱恩斯坦《物理学的进化》

    125个问题的期刊封面

    前天参加一个学术会议,偶然看到一位教授的PPT报告里提到了“Science 125个问题”。饶有兴趣地上网搜索了相关信息:没想到绝大多数问题的提法都十分简单,就像在读《十万个为什么》,有的问题甚至我们在孩童的时候就可能问过。非科研人员也可以了解下,看看科学家们到底都在关注些什么问题!

    正如爱恩斯坦所说,提出一个(好)问题往往比解决一个问题更重要,因为它需要想象力和创造力,很多现代的科学研究和技术发明都来自于人们最纯粹的“好奇心(好问)”。当然,这不仅仅局限于科研学术领域,生活工作创业投资,甚至人生抉择也是类似的。

    要提出一个好问题,其实绝非易事。而德国数学家希尔伯特却在1900年的巴黎国际数学家大会上,一口气提出了23个最重要的数学问题,统称为“希尔伯特问题”(100年后的今天,都已基本解决了),对现代数学(代数、几何和分析等领域)的发展起到了极其重要的作用。

    回到本文的话题。

    原来为了纪念创刊125周年,Science 杂志于2005年7月提出了125个重要的科学前沿问题,包含前25个被认为是最突出的重点问题(highlighted questions)以及其他100个生命科学、物理学、数学等领域的难题。

    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。

    在今后的25年时间里(现已过去12年),人们将致力于研究和解决这些科学问题。

    问题出处和网址:

    1、Science125th Anniversary SPECIAL ISSUE:Vol 309, Issue 5731

    http://science.sciencemag.org/content/309/5731

    2、中国的《科学通报》邀请学者专家们,对这些问题做过一系列的相关解读。

    http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB

    注:这125个问题的最后6个问题,其实是出自Clay数学研究所在2000年提出的《七大世界数学难题》,也称为“七大千禧难题”,每一道题的奖励是100万美金。

    以下是这125个问题的提法(前25个最重要的问题,附有相关图片):

    1.宇宙是由什么构成的?

    1.宇宙是由什么构成?

    2.意识的生物学基础是什么?

    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?

    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?

    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?

    5.物理定律能否统一?

    6.人类寿命到底可以延长多久?

    6.人类寿命到底可以延长多久?

    7.是什么控制着器官再生?

    7.是什么控制着器官再生?

    8.皮肤细胞如何成为神经细胞?

    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?

    9.单个体细胞怎样成为整株植物?

    10.地球内部如何运行?

    10.地球内部如何运行?

    11.地球人类在宇宙中是否独一无二?

    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?

    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?

    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?

    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?

    15.记忆如何存储和恢复?

    16.人类合作行为如何发展?

    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?

    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?

    18.化学自组织的发展程度如何?

    19.什么是传统计算的极限?

    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?

    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?

    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?

    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?

    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?

    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?

    25.地球到底能负担多少人口?

    下的100个问题如下所列:

    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?

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