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《科学前沿问题纵谈》绪言:美国《科学》杂志公布的125个科学前沿问题

(2014-11-21 07:10:06)
标签:

《科学》杂志

科学前沿问题

生命科学

认知科学

系统相对论

分类: 系统相对论漫谈纵议

 

    在庆祝《科学》创刊125周年之际,美国《科学》杂志公布了125个最具挑战性的科学问题,发表在2005年7月1日出版的专辑上。刊文指出,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:

 

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. 是什么引起物种消失?
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

 

    简单归纳这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。其中前25个被认为是最重要的问题。

 

    在接下来的一段时间里,本《纵谈》将以系列博文的形式,根据笔者撰写的《系统相对论》(科学技术文献出版社 2012)及问题之间存在的相关性,按新的次序尝试性地展开纵论,并及时在博客发布。也欢迎有兴趣的网友参与问题的解答和讨论。

 

邮  箱:taixiang.l@126.com

联系人:刘泰祥

 

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