SCIENCE公布125个重大科学问题

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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)：
0 S& X5 Y' K$ |' v9 {# W
4 \- T, l5 ]& B6 f" v& Y- h7 |1宇宙由什么构成?
  q& N( U- R" A) m$ U6 I$ i2意识的生物学基础是什么?% B; h$ T" P% a. V6 [& |, h
3为什么人类基因会如此之少?
* c5 F% Y6 m# M! X8 m' J4遗传变异与人类健康的相关程度如何?9 W- g! w& I) U" v  r/ `/ ]$ L
5物理定律能否统一?
* L9 d, Q& T; M. V2 a6人类寿命到底可以延长多久?- i. L4 U; I8 Y9 a  v* ^! ^
7是什么控制着器官再生?
7 V$ G: A8 L1 E2 f# v7 \1 C& @% m9 J8皮肤细胞如何成为神经细胞?+ M: w- }* W) [7 }4 r" N) t+ U
9单个体细胞怎样成为整株植物?
" _, R0 {; h. Q1 B; C" n# ?10地球内部如何运行?7 A8 ~2 M% b+ X- ]: M5 Z8 d
11地球人类在宇宙中是否独一无二?
( k8 C/ ?: f/ I' O* P12地球生命在何处产生、如何产生?
' J) i: b- Z5 W" w6 \13什么决定了物种的多样性?
$ |0 z4 b7 _8 L3 R  N2 p5 C14什么基因的改变造就了独特的人类?
7 f$ E4 @. j. Q7 r1 W15记忆如何存储和恢复?! s) ^' L0 ?/ d
16人类合作行为如何发展?5 q+ P) O& B6 ^& e
17怎样从海量生物数据中产生大的可视图片?
4 Q  K/ w% e6 l8 x# g0 x1 ?3 Q6 y18化学自组织的发展程度如何?
$ y# j# @) n) P, k19什么是传统计算的极限?& i5 y! G, O* r  N1 r, o$ j
20我们能否有选择地切断某些免疫反应?
9 E0 K9 H- ]/ ?3 x# \: U( c+ T
! P( B6 z/ a. o21量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?
1 z4 V( M$ `5 R% e: p& i  b22能否研制出有效的HIV疫苗?
+ ]! c0 `% w: e/ J23温室效应会使地球温度达到多高?
- g3 E; q: k' Z4 A; b8 m24什么时间用什么能源可以替代石油?% |, O7 Q# a9 Y. K5 i  ^4 B
25地球到底能负担多少人口?- f+ X1 w$ w- c5 I0 u* D8 \
26宇宙是否唯一?
9 H# ~# h' g5 Q' K3 v8 Y27是什么驱动宇宙膨胀?
' E1 a0 t7 J7 Z" K, _28第一颗恒星与星系何时产生、怎样产生?$ D7 ~; n& w6 ?! u4 g
29超高能宇宙射线来自何处?
" H$ I& V- m2 b30是什么给类星体提供动力?
# I7 ^0 L- N. _- ^* ]31黑洞的本质是什么?4 Z" z3 h8 Z% Z0 Z
32正物质为何多于反物质?. u' J- Y" P5 B) y: @* y6 U6 E; S
33质子会衰减吗?; A- q/ h  A1 I/ C7 O
34重力的本质是什么?
9 `3 G1 z3 F; ~( G35时间为何不同于其他维度?2 G2 \( K3 d% t- A4 N) u4 W2 X  w2 m
36是否存在比夸克更小的基本粒子?+ Q9 n4 x( K# b# `
37中微子是其自己的反粒子吗?4 P( O& c9 O# l- I8 |7 `
38是否有解释所有相关电子系统的统一理论? $ H+ x/ |8 L' X$ R9 B2 k
1 D9 ]' k) I7 M2 z- |9 [6 d3 r+ `
39人类能够制造最强的激光吗?3 i0 t* H( y; D& S" B* S3 j
40能否制造完美的光学透镜?7 K: I* ?. W# c
41是否可能制造出室温下的磁性半导体?
& I! z5 A. r3 ^3 Z4 x42什么是高温超导性之后的成对机制?+ O4 I+ Y9 L: s- L: W; v
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?0 X( e- i$ l- S1 V4 j
44是否存在稳定的高原子量元素?
0 w' f3 Y/ ~" H8 j, F: J( _4 s/ ]45固体中是否有超流动性?如果有，如何解释?
5 @/ ?6 g4 s( G' Z( K" ~7 w46水的结构如何?
! @: y: j. Z6 S% i: E' V, ^47玻璃态物质的本质是什么?7 A$ {" Z4 E4 H
48是否存在合理化学合成的极限?
2 ^7 j6 j0 G% O# D- k  f49光电电池的最终效率如何?
/ T; J8 n  ?( `, o9 `7 |50核聚变将最终成为未来的能源吗?" r  i  a5 E# @+ Z) {
51驱动太阳磁周期的原因是什么?2 N& z, ?- O7 `: f' p5 `; o
52行星怎样形成?
9 C) }; }9 V# g0 U53是什么引发了冰期?
( ?  |1 ?. H" s3 {% \' v54使地球磁场逆转的原因是什么?
) G( S# N  _2 N! X2 }55是否存在有助于预报的地震先兆?
5 M, M) f9 ^0 K8 L( x3 P; ]- i5 |1 b) I# \56太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命?: `- Q7 F1 F9 v7 B/ J
57自然界中手性原则的起源是什么?9 O. O# w& u: ]" C3 S9 P
58能否预测蛋白质折叠?8 q# e+ P, [% t, K* n
59人体中的蛋白质有多少存在方式?5 I- W" @, u( }: t
60蛋白质如何发现其作用对象?" G0 r0 G9 F1 d6 F' S5 [$ r. e
61细胞死亡有多少种形式?
+ K3 F/ e/ W1 R4 N  p8 N# t, ^62是什么保持了细胞内的通行顺畅?
% ~- G( k# y) x% |/ M* z63为什么细胞的成分可以独立于DNA而自行复制?% A4 t4 ]/ B6 t! e: m
64基因组中功能不同于RNA的角色是什么?9 R3 ~% c; U% k5 ?: B: L! w% ]
65基因组中端粒和丝粒的作用是什么?
" B7 `5 b& D/ z0 X2 y/ g0 o66为什么一些基因组很大，另一些又相当紧凑?
4 `4 K2 P# B0 Q$ L% f67基因组中的“垃圾”(“junk”)有何作用?. S/ e3 D" l7 l+ x& R! n. t3 D
68新技术能使DNA测序的成本降低多少?
% [3 J, _, m/ i& @: H69器官和整个有机体如何了解停止生长的时间?) n- f9 j, g8 A8 L( ~8 f
70除了继承突变，基因组如何改变?
+ ?' x1 X- V: Y  N71在胚胎期，不对称现象是如何确定的?( T  J! j! [0 k7 l$ P
72翼、鳍和面孔如何发育进化?6 L9 j) \" }* M1 t
73是什么引发了青春期?
; b4 @3 ], |' O9 O74干细胞是否位于所有肿瘤的中心?
. e" l- l+ x; a) }4 r! U! W75肿瘤更容易通过免疫进行控制吗?0 I7 W' ?% s3 m! {
76肿瘤的控制比治愈是否更容易?/ m( V/ w* v9 P5 N. h
77炎症是所有慢性疾病的主要原因吗?
. }/ ?8 f. n7 k78疯牛病会怎样发展?+ g: C6 w: [) f0 c
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?+ ~% z- A+ E- f
80对抗原而言，免疫记忆需要延长暴露吗?
0 y! h5 w% k& r* G81为什么孕妇的免疫系统不拒绝其胎儿?  M; n8 w2 h/ O: p
82什么与有机体的生物钟同步?
1 T; `* d3 T! Q( L83迁徙生物怎样发现其迁移路线?$ y7 Q# X* [' i( s/ L! X3 J1 }" N
84为什么要睡眠?' k2 |2 ~; [& g! b6 G* f
85人类为什么会做梦?
! T6 l/ P/ M' U' U0 [86语言学习为什么存在临界期?
4 Y3 a+ g) F& F87信息素影响人类行为吗?9 t' f/ m. k( L" m6 G3 B' e
88一般麻醉剂如何发挥作用?1 g$ Q# |9 I8 x! W+ r' N+ q$ R
89导致精神分裂症的原因是什么?6 ^: `* x( ~/ f  H7 {
90引发孤独症的原因是什么?1 {9 o6 ?) a9 U* R3 i* {
91阿兹海默症患者的生命能够延续多久?
/ C& ?/ W- H! ~% L" |* A92致瘾的生物学基础是什么?
/ }3 E. K  R9 T4 m* K93大脑如何建立道德观念?. q, E+ m4 C) w# S9 `. U. J
94通过计算机进行学习的极限是什么?. A" [- H# i1 T3 J, t
95有多少个性源于遗传?
1 ?0 S$ c! x; j& C1 c+ _+ E+ a+ i96性别倾向的生物学根源是什么?
  c9 ~4 F' s3 U9 q& b# {97生命树是生命之间系统关系最好的表达方式吗?
7 `$ M1 e' _3 C  U98地球上有多少物种? 99什么是物种?  m5 @: r( H7 d! z- X6 A
100横向转移为什么会发生在众多的物种中以及如何发生?0 Y. J# _3 R! ~5 U
101谁是世界的共同祖先?  g4 `5 B4 _  m
102植物的花朵如何进化?
- r# I) ?) X+ ?3 Y103植物怎样制造细胞壁?& y$ g& [$ D7 U" d( |
104如何控制植物生长?
% G2 ?9 O& Y& {% y2 M105为什么所有的植物不能免疫一切疾病?
) @+ b0 X) I* F6 m106外界压力环境下，植物的变异基础是什么?6 ^, f( D8 t6 o' w, p) {
107是什么引起物质消失?
% e3 m! n. R3 K4 P  n108能否避免物种消亡?
8 k  v- P  q- ^4 b+ W109一些恐龙为什么如此庞大?' i/ n! `/ S# V8 K: @# N1 `
110生态系统对全球变暖的反应如何?
0 a# f0 f- Z$ p& L. i+ g2 p8 K5 \& S
111至今共有多少人种，他们之间有何关联?1 q! v+ x9 P. u$ y- N" l' E7 d4 C
112是什么提升了现代人类的行为?& C& `1 q: P! t! F8 v: W
113什么是人类文化的根源?
: I" n! g& l3 X, R5 _3 k6 n* O114语言和音乐演化的根源是什么?* m2 p* T5 i* a; l( |
115什么是人种，人种如何进化?
, G( t" B9 E, w( O/ H116为什么一些国家向前发展，而有些国家的发展停滞?6 g/ U6 e- w: k) g2 U7 Q: O. R
117政府高额赤字对国家利益和经济增长速度有什么影响?2 N0 o( J$ u; d
118政治与经济自由密切相关吗?
$ ~. r" N) q# ^9 r% p7 q119为什么改变撒哈拉地区贫困状态的努力几乎全部失败?
) M$ \0 s4 i- s8 s% {% p120有没有简单的方法确定椭圆曲线是否存在无穷多解?
- H% ^2 W' j; k2 j  u" y9 M2 b121霍奇闭链是代数闭链的和吗?! s6 }3 W! o; Q0 ~) [
122数学家将会最终给出Navier-Stokes方程的解吗?; T7 q' S4 H0 M
123庞加莱实验能否确定4维空间的球?0 z' O' y, S% x
124黎曼zeta函数的零解都有a+bi形式吗?
+ f5 S( `: E6 T7 Y125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?+ n5 c5 g: C# x; V+ b  M3 ?
(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)
1 C- ?0 O: t- N) B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。