Science发布全世界最前沿的125个科学问题

小白老师说：近日，Science 和上海交通大学与联合发布了增刊《125个科学问题：探索与发现》，提出了全世界最前沿的125个科学问题。我相信，在我的读者中，将来一定会有人参与其中一些问题的研究。这篇推文的文末附有两份高清PDF文档下载方法，千万不要错过。

早在2005年，Science 在其创刊125周年之际，曾提出125个最具挑战性的科学问题。这些问题涵盖地球科学、能源、宇宙领域，并涉及数学与计算机科学、政治与经济、能源、环境和人口等领域，至今仍有积极广泛的影响。Science 当时指出，在未来25年内，科学家很有希望找到这些重要基础性问题的答案，科学界也因此面临挑战。

如今，2005年提出的一些问题已经有了答案，但全世界和全人类又面临着新的问题和挑战。以下是2021年发布的125个科学问题：

数学 Mathematical Sciences

1. 什么使素数如此特别？

What makes prime numbers so special?

2. 纳维尔-斯托克斯问题会得到解决吗？

Will the Navier–Stokes problem ever be solved?

3. 黎曼猜想是真的吗？

Is the Riemann hypothesis true?

化学 Chemistry

4. 还有更多色彩元素可发现吗？

Are there more color pigments to discover?

5. 元素周期表会完整吗？

Will the periodic table ever be complete?

6. 如何在微观层面测量界面现象?

How can we measure interface phenomena on the microscopic level?

7. 能量存储的未来是怎样的？

What is the future for energy storage?

8. 为什么生命需要手性？

Why does life require chirality?

9. 我们如何更好地管理世界上的塑料废物？

How can we better manage the world’s plastic waste?

10. AI 会重新定义化学的未来吗？

Will AI redefine the future of chemistry?

11. 物质如何被编码而成为生命材料？

How can matter be programmed into living materials?

12. 是什么驱动生命系统的复制？

What drives reproduction in living systems?

医学与健康 Medicine & Health

13. 我们可以预测下一次流行病吗？

Can we predict the next pandemic?

14. 我们会找到治疗感冒的方法吗？

Will we ever find a cure for the common cold?

15. 我们可以设计和制造出为个人定制的药物吗？

Can we design and manufacture medicines customized for individual people?

16. 人体组织或器官可以完全再生吗？

Can a human tissue or organ be fully regenerated?

17. 如何维持和调节免疫稳态？

How is immune homeostasis maintained and regulated?

18. 中医的经络系统有科学依据吗？

Is there a scientific basis to the Meridian System in traditional Chinese medicine?

19. 下一代疫苗将如何生产？

How will the next generation of vaccines be made?

20. 我们能否克服抗生素耐药性？

Can we ever overcome antibiotic resistance?

21. 自闭症的病因是什么？

What is the etiology of autism?

22. 我们的微生物组在健康和疾病中扮演什么角色？

What role does our microbiome play in health and disease?

23. 异种移植能否解决供体器官的短缺问题？

Can xenotransplantation solve the shortage of donor organs?

生命科学 Biology

24. 什么可以帮助保护海洋？

What could help conservation of the oceans?

25. 我们可以阻止自己衰老吗？

Can we stop ourselves from aging?

26. 为什么只有一些细胞会变成其他细胞？

Why can only some cells become other cells?

27. 为什么有些基因组非常大而另一些却很小？

Why are some genomes so big and others very small?

28. 有可能治愈所有癌症吗？

Will it be possible to cure all cancers?

29. 哪些基因使我们人类与众不同？

What genes make us uniquely human?

30. 迁徙动物如何知道它们要去哪里？

How do migratory animals know where they’re going?

31. 地球上有多少物种？

How many species are there on Earth?

32. 有机体是如何进化的？

How do organisms evolve?

33. 为什么恐龙长得如此之大？

Why did dinosaurs grow to be so big?

34. 远古人类是否曾与其他类人祖先杂交？

Did ancient humans interbreed with other human-like ancestors?

35. 人类为什么会对猫狗如此着迷？

Why do humans get so attached to dogs and cats?

36. 世界人口会无限增长吗？

Will the world’s population keep growing indefinitely?

37. 我们为什么会停止生长？

Why do we stop growing?

38. 能否复活灭绝生物？

Is de-extinction possible?

39. 人类可以冬眠吗？

Can humans hibernate?

40. 人类的情感源于何处？

Where do human emotions originate?

41. 未来人类的外貌会有所不同吗？

Will humans look physically different in the future?

42. 为什么会发生物种大爆发和大灭绝？

Why were there species explosions and mass extinction?

43. 基因组编辑将如何用于治疗疾病？

How might genome editing be used to cure disease?

44. 可以人工合成细胞吗？

Can a cell be artificially synthesized?

45. 细胞内的生物分子是如何组织从而有序有效发挥作用的？

How are biomolecules organized in cells to function orderly and effectively?

天文学 Astronomy

46. 空间中有多少个维度？

How many dimensions are there in space?

47. 宇宙的形状是怎样的？

What is the shape of the universe?

48. 大爆炸从何处开始？

Where did the big bang start?

49. 为什么行星的轨道不衰减并导致它们相互碰撞？

Why don’t the orbits of planets decay and cause them to crash into each other?

50. 宇宙何时消亡？它会继续膨胀吗？

When will the universe die? Will it continue to expand?

51. 我们有可能在另一个星球上长期居住么？

Is it possible to live permanently on another planet?

52. 为什么存在黑洞？

Why do black holes exist?

53. 宇宙是由什么构成的？

What is the universe made of?

54. 我们是宇宙中唯一的生命吗？

Are we alone in the universe?

55. 宇宙射线的起源是什么？

What is the origin of cosmic rays?

56. 物质的起源是什么？

What is the origin of mass?

57. 时空的最小尺度是多少？

What is the smallest scale of space-time?

58. 水是宇宙中所有生命所必需的么，还是仅对地球生命？

Is water necessary for all life in the universe, or just on Earth?

59. 是什么阻止了人类进行深空探测？

What is preventing humans from carrying out deep-space exploration?

60. 爱因斯坦的广义相对论是正确的吗？

Is Einstein’s general theory of relativity correct?

61. 脉冲星是如何形成的？

How are pulsars formed?

62. 我们的银河系特别吗？

Is our Milky Way Galaxy special?

63. 深层生物圈的规模、组成和意义是什么？

What is the volume, composition, and significance of the deep biosphere?

64. 人类有一天会不得不离开地球吗（还是会在尝试中死去）？

Will humans one day have to leave the planet (or die trying)?

65. 宇宙中的重元素来自何处？

Where do the heavy elements in the universe come from?

66. 有可能了解致密恒星和物质的结构吗？

Is it possible to understand the structure of compact stars and matter?

67. 高能宇宙中微子的起源是什么？

What is the origin of high-energy cosmic neutrinos?

68. 什么是重力？

What is gravity?

物理学 Physics

69. 有衍射极限吗？

Is there a diffraction limit?

70. 高温超导的微观机理是什么？

What is the microscopic mechanism for hightemperature superconductivity?

71. 物质传热的极限是什么？

What are the limits of heat transfer in matter?

72. 集体运动的基本原理是什么？

What are the fundamental principles of collective motion?

73. 什么是物质的最小组成部分？

What are the smallest building blocks of matter?

74. 我们会以光速行驶吗？

Will we ever travel at the speed of light?

75. 什么是量子不确定性，为什么它很重要？

What is quantum uncertainty and why is it important?

76. 会有“万有理论”吗？

Will there ever be a “theory of everything”?

77. 为什么时间似乎只朝一个方向流动？

Why does time seem to flow in only one direction?

78. 什么是暗物质？

What is dark matter?

79. 我们可以制作出真人大小的隐形斗篷吗？

Can we make a real, human-size invisibility cloak?

80. 是否存在与光子性质或状态相反的粒子？

Are there any particles that behave oppositely to the properties or states of photons?

81. 玻色-爱因斯坦冷凝体未来会被广泛使用吗？

Will the Bose–Einstein condensate be widely used in the future?

82. 人类能制造出与太阳光相似的非相干强激光吗？

Can humans make intense lasers with incoherence comparable to sunlight?

83. 我们最多可以将粒子加速到多快？

What is the maximum speed to which we can accelerate a particle?

84. 量子多体纠缠比量子场更基本吗？

Is quantum many-body entanglement more fundamental than quantum fields?

85. 量子计算机的最佳硬件是什么？

What is the optimum hardware for quantum computers?

86. 我们可以精确模拟宏观和微观世界吗？

Can we accurately simulate the macro- and microworld?

信息科学 Information Science

87. 计算机处理速度是否有上限？

Is there an upper limit to computer processing speed?

88. AI 可以代替医生吗？

Can AI replace a doctor?

89. 拓扑量子计算可以实现吗？

Can topological quantum computing be realized?

90. DNA 可以用作信息存储介质吗？

Can DNA act as an information storage medium?

工程与材料科学 Engineering & Materials Science

91. 湍流的最终统计不变性是什么？

What is the ultimate statistical invariances of turbulence?

92. 我们如何突破当前的能量转换效率极限？

How can we break the current limit of energy conversion efficiencies?

93. 我们如何在火星上开发制造系统？

How can we develop manufacturing systems on Mars?

94. 纯无人驾驶汽车的未来是否现实？

Is a future of only self-driving cars realistic?

神经科学 Neuroscience

95. 神经元放电序列的编码准则是什么？

What are the coding principles embedded in neuronal spike trains?

96. 意识存在于何处？

Where does consciousness lie?

97. 能否数字化地存储、操控和移植人类记忆？

Can human memory be stored, manipulated, and transplanted digitally?

98. 为什么我们需要睡眠？

Why do we need sleep?

99. 什么是成瘾？

What is addiction and how does it work?

100. 为什么我们会坠入爱河？

Why do we fall in love?

101. 言语如何演变形成，大脑的哪些部分对其进行控制？

How did speech evolve and what parts of the brain control it?

102. 除人类以外的其他动物有多聪明？

How smart are nonhuman animals?

103. 为什么大多数人都是右撇子？

Why are most people right-handed?

104. 我们可以治愈神经退行性疾病吗？

Can we cure neurodegenerative diseases?

105. 有可能预知未来吗？

Is it possible to predict the future?

106. 精神障碍能否有效诊断和治疗？

Can we more effectively diagnose and treat complex mental disorders?

生态学 Ecology

107. 我们可以阻止全球气候变化吗？

Can we stop global climate change?

108. 我们能把过量的二氧化碳存到何处？

Where do we put all the excess carbon dioxide?

109. 是什么创造了地球的磁场（为什么它会移动）？

What creates the Earth’s magnetic field (and why does it move)?

110. 我们是否能够更准确地预测灾害性事件（海啸、 飓风、地震）？

Will we be able to predict catastrophic weather events (tsunami, hurricanes, earthquakes) more accurately?

111. 如果地球上所有的冰融化会怎样？

What happens if all the ice on the planet melts?

112. 我们可以创造一种环保的塑料替代品吗？

Can we create an environmentally friendly replacement for plastics?

113. 几乎所有材料都可以回收再利用是否可以实现？

Can we achieve a situation where essentially every material can be recycled and reused?

114. 我们会很快看到小麦、玉米、大米和大豆等单一作物的终结吗？

Will we soon see the end of monocultures like wheat, maize, rice, and soy?

能源科学 Energy Science

115. 我们可以生活在一个去化石燃料的世界中吗？

Could we live in a fossil-fuel-free world?

116. 氢能的未来是怎样的？

What is the future of hydrogen energy?

117. 冷聚变有可能实现吗？

Will cold fusion ever be possible?

人工智能 Artificial Intelligence

118. 可注射的抗病纳米机器人会成为现实吗？

Will injectable, disease-fighting nanobots ever be a reality?

119. 是否有可能创建有感知力的机器人？

Will it be possible to create sentient robots?

120. 人类智力是否有极限？

Is there a limit to human intelligence?

121. 人工智能会取代人类吗？

Will artificial intelligence replace humans?

122. 群体智能是如何出现的？

How does group intelligence emerge?

123. 机器人或 AI 可以具有人类创造力吗？

Can robots or AIs have human creativity?

124. 量子人工智能可以模仿人脑吗？

Can quantum artificial intelligence imitate the human brain?

125. 我们可以和计算机结合以形成人机混合物种吗？

Could we integrate with computers to form a human–machine hybrid species?

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对了，现在公众号不再像以前那样按发布时间先后排序了，大家记得多点文末的“赞”和“在看”，小白老师的推文才会出现在前面，大家才不会错过哦😂😂😂