Science發佈:全球前沿頂級挑戰課題125項

2016年,Science公佈瞭125個最具挑戰性的科學課題,在今後1/4個世紀的時間裡,人們將致力於研究解決這些課題。這125個課題如下(前25個被認為是最重要的課題):

125個最具挑戰性的科學課題

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1、宇宙由什麼構成?

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2、意識的生物學基礎是什麼?

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3、為什麼人類基因會如此之少?

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4、遺傳變異與人類健康的相關程度如何?

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5、物理定律能否統一?

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6、人類壽命到底可以延長多久?

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7、是什麼控制著器官再生?

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8、皮膚細胞如何成為神經細胞?

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9、單個體細胞怎樣成為整株植物?

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10、地球內部如何運行?

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11、地球人類在宇宙中是否獨一無二?

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12、地球生命在何處產生、如何產生?

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13、什麼決定瞭物種的多樣性?

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14、什麼基因的改變造就瞭獨特的人類?

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15、記憶如何存儲和恢復?

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16、人類合作行為如何發展?

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17、怎樣從海量生物數據中產生大的可視圖片?

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18、化學自組織的發展程度如何?

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19、什麼是傳統計算的極限?

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20、我們能否有選擇地切斷某些免疫反應?

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21、量子不確定性和非局部性背後是否有更深刻的原理?

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22、能否研制出有效的HIV疫苗?

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23、溫室效應會使地球溫度達到多高?

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24、什麼時間用什麼能源可以替代石油?

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25、地球到底能負擔多少人口?

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26、宇宙是否唯一?

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27、是什麼驅動宇宙膨脹?

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28、第一顆恒星與星系何時產生、怎樣產生?

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29、超高能宇宙射線來自何處?

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30、是什麼給類星體提供動力?

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31、黑洞的本質是什麼?

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32、正物質為何多於反物質?

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33、質子會衰減嗎?

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34、重力的本質是什麼?

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35、時間為何不同於其他維度?

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36、是否存在比誇克更小的基本粒子?

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37、中微子是其自己的反粒子嗎?

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38、是否有解釋所有相關電子系統的統一理論?

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39、人類能夠制造最強的激光嗎?

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40、能否制造完美的光學透鏡?

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41、是否可能制造出室溫下的磁性半導體?

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42、什麼是高溫超導性之後的成對機制?

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43、能否發展關於湍流動力學和顆粒材料運動學的綜合理論?

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44、是否存在穩定的高原子量元素?

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45、固體中是否有超流動性?如果有,如何解釋?

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46、水的結構如何?

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47、玻璃態物質的本質是什麼?

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48、是否存在合理化學合成的極限?

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49、光電電池的最終效率如何?

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50、核聚變將最終成為未來的能源嗎?

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51、驅動太陽磁周期的原因是什麼?

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52、行星怎樣形成?

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53、是什麼引發瞭冰期?

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54、使地球磁場逆轉的原因是什麼?

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55、是否存在有助於預報的地震先兆?

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56、太陽系的其他星球上現在和過去是否存在生命?

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57、自然界中手性原則的起源是什麼?

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58、能否預測蛋白質折疊?

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59、人體中的蛋白質有多少存在方式?

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60、蛋白質如何發現其作用對象?

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61、細胞死亡有多少種形式?

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62、是什麼保持瞭細胞內的通行順暢?

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63、為什麼細胞的成分可以獨立於DNA而自行復制?

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64、基因組中功能不同於RNA的角色是什麼?

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65、基因組中端粒和絲粒的作用是什麼?

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66、為什麼一些基因組很大,另一些又相當緊湊?

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67、基因組中的“垃圾”(“junk”)有何作用?

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68、新技術能使DNA測序的成本降低多少?

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69、器官和整個有機體如何瞭解停止生長的時間?

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70、除瞭繼承突變,基因組如何改變?

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71、在胚胎期,不對稱現象是如何確定的?

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72、翼、鰭和面孔如何發育進化?

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73、是什麼引發瞭青春期?

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74、幹細胞是否位於所有腫瘤的中心?

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75、腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎?

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76、腫瘤的控制比治愈是否更容易?

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77、炎癥是所有慢性疾病的主要原因嗎?

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78、瘋牛病會怎樣發展?

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79、脊椎動物在多大程度上依賴先天免疫系統來抵抗傳染病?

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80、對抗原而言,免疫記憶需要延長暴露嗎?

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81、為什麼孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒?

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82、什麼與有機體的生物鐘同步?

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83、遷徙生物怎樣發現其遷移路線?

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84、為什麼要睡眠?

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85、人類為什麼會做夢?

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86、語言學習為什麼存在臨界期?

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87、信息素影響人類行為嗎?

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88、一般麻醉劑如何發揮作用?

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89、導致精神分裂癥的原因是什麼?

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90、引發孤獨癥的原因是什麼?

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91、阿茲海默癥患者的生命能夠延續多久?

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92、致癮的生物學基礎是什麼?

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93、大腦如何建立道德觀念?

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94、通過計算機進行學習的極限是什麼?

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95、有多少個性源於遺傳?

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96、性別傾向的生物學根源是什麼?

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97、生命樹是生命之間系統關系最好的表達方式嗎?

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98、地球上有多少物種?

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99、什麼是物種?

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100、橫向轉移為什麼會發生在眾多的物種中以及如何發生?

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101、誰是世界的共同祖先?

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102、植物的花朵如何進化?

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103、植物怎樣制造細胞壁?

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104、如何控制植物生長?

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105、為什麼所有的植物不能免疫一切疾病?

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106、外界壓力環境下,植物的變異基礎是什麼?

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107、是什麼引起物質消失?

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108、能否避免物種消亡?

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109、一些恐龍為什麼如此龐大?

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110、生態系統對全球變暖的反應如何?

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111、至今共有多少人種,他們之間有何關聯?

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112、是什麼提升瞭現代人類的行為?

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113、什麼是人類文化的根源?

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114、語言和音樂演化的根源是什麼?

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115、什麼是人種,人種如何進化?

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116、為什麼一些國傢向前發展,而有些國傢的發展停滯?

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117、政府高額赤字對國傢利益和經濟增長速度有什麼影響?

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118、政治與經濟自由密切相關嗎?

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119、為什麼改變撒哈拉地區貧困狀態的努力幾乎全部失敗?

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120、有沒有簡單的方法確定橢圓曲線是否存在無窮多解?

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121、霍奇閉鏈是代數閉鏈的和嗎?

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122、數學傢將會最終給出Navier-Stokes方程的解嗎?

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123、龐加萊實驗能否確定4維空間的球?

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124、黎曼zeta函數的零解都有a+bi形式嗎?

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125、對粒子物理標準模型研究是否會停止在量子Yahg-Mills理論上?

(註:最後6個數學問題選自Clay數學研究所提出的新千年問題)

簡單歸納統計這125個問題,其中涉及生命科學的問題占46%,關系宇宙和地球的問題占16%,與物質科學相關的問題占14%以上,認知科學問題占9%。其餘問題分別涉及數學與計算機科學、政治與經濟、能源、環境和人口等。

來源:《Science》,摘自同濟大學學報(自然科學版)

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