來源：iPlants
近期，Science公布了125個最具挑戰性的科學問題。了解前沿科學研究方向，對你的成長或許有所幫助。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%。其餘問題分别涉及數學與計算機科學、政治與經濟、能源、環境和人口等。在今後1／4個世紀的時間裡，人們将緻力于研究解決這些問題。其中，前25個被認為是最重要的問題
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這125個問題如下：
1、宇宙由什麼構成?
2、意識的生物學基礎是什麼?
3、為什麼人類基因會如此之少?
4、遺傳變異與人類健康的相關程度如何?
5、實體定律能否統一?
6、人類壽命到底可以延長多久?
7、是什麼控制着器官再生?
8、皮膚細胞如何成為神經細胞?
9、單個體細胞怎樣成為整株植物?
10、地球内部如何運作?
11、地球人類在宇宙中是否獨一無二?
12、地球生命在何處産生、如何産生?
13、什麼決定了物種的多樣性?
14、什麼基因的改變造就了獨特的人類?
15、記憶如何存儲和恢複?
16、人類合作行為如何發展?
17、怎樣從海量生物資料中産生大的可視圖檔?
18、化學自組織的發展程度如何?
19、什麼是傳統計算的極限?
20、我們能否有選擇地切斷某些免疫反應?
21、量子不确定性和非局部性背後是否有更深刻的原理?
22、能否研制出有效的HIV疫苗?
23、溫室效應會使地球溫度達到多高?
24、什麼時間用什麼能源可以替代石油?
25、地球到底能負擔多少人口?
26、宇宙是否唯一?
27、是什麼驅動宇宙膨脹?
28、第一顆恒星與星系何時産生、怎樣産生?
29、超高能宇宙射線來自何處?
30、是什麼給類星體提供動力?
31、黑洞的本質是什麼?
32、正物質為何多于反物質?
33、質子會衰變嗎?
34、重力的本質是什麼?
35、時間為何不同于其他次元?
36、是否存在比誇克更小的基本粒子?
37、中微子是其自己的反粒子嗎?
38、是否有解釋所有相關電子系統的統一理論?
39、人類能夠制造最強的雷射嗎?
40、能否制造完美的光學透鏡?
41、是否可能制造出室溫下的磁性半導體?
42、什麼是高溫超導性之後的成對機制?
43、能否發展關于湍流動力學和顆粒材料運動學的綜合理論?
44、是否存在穩定的高原子量元素?
45、固體中是否有超流動性?如果有，如何解釋?
46、水的結構如何?
47、玻璃态物質的本質是什麼?
48、是否存在合理化學合成的極限?
49、光電電池的最終效率如何?
50、核聚變将最終成為未來的能源嗎?
51、驅動太陽磁周期的原因是什麼?
52、行星怎樣形成?
53、是什麼引發了冰期?
54、使地球磁場逆轉的原因是什麼?
55、是否存在有助于預報的地震先兆?
56、太陽系的其他星球上現在和過去是否存在生命?
57、自然界中手性原則的起源是什麼?
58、能否預測蛋白質折疊?
59、人體中的蛋白質有多少存在方式?
60、蛋白質如何發現其作用對象?
61、細胞死亡有多少種形式?
62、是什麼保持了細胞内的通行順暢?
63、為什麼細胞的成分可以獨立于DNA而自行複制?
64、基因組中功能不同于RNA的角色是什麼?
65、基因組中端粒和絲粒的作用是什麼?
66、為什麼一些基因組很大，另一些又相當緊湊?
67、基因組中的“垃圾”(“junk”)有何作用?
68、新技術能使DNA測序的成本降低多少?
69、器官和整個有機體如何了解停止生長的時間?
70、除了繼承突變，基因組如何改變?
71、在胚胎期，不對稱現象是如何确定的?
72、翼、鳍和面孔如何發育進化?
73、是什麼引發了青春期?
74、幹細胞是否位于所有惡性良性腫瘤的中心?
75、惡性良性腫瘤更容易通過免疫進行控制嗎?
76、惡性良性腫瘤的控制比治愈是否更容易?
77、發炎是所有慢性疾病的主要原因嗎?
78、瘋牛病會怎樣發展?
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?
80、對抗原而言，免疫記憶需要延長暴露嗎?
81、為什麼孕婦的免疫系統不拒絕其胎兒?
82、什麼與有機體的生物鐘同步?
83、遷徙生物怎樣發現其遷移路線?
84、為什麼要睡眠?
85、人類為什麼會做夢?
86、語言學習為什麼存在臨界期?
87、資訊素影響人類行為嗎?
88、一般麻醉劑如何發揮作用?
89、導緻精神分裂症的原因是什麼?
90、引發孤獨症的原因是什麼?
91、阿茲海默症患者的生命能夠延續多久?
92、緻瘾的生物學基礎是什麼?
93、大腦如何建立道德觀念?
94、通過計算機進行學習的極限是什麼?
95、有多少個性源于遺傳?
96、性别傾向的生物學根源是什麼?
97、生命樹是生命之間系統關系最好的表達方式嗎?
98、地球上有多少物種?
99、什麼是物種?
100、橫向轉移為什麼會發生在衆多的物種中以及如何發生?
101、誰是世界的共同祖先?
102、植物的花朵如何進化?
103、植物怎樣制造細胞壁?
104、如何控制植物生長?
105、為什麼所有的植物不能免疫一切疾病?
106、外界壓力環境下，植物的變異基礎是什麼?
107、是什麼引起物質消失?
108、能否避免物種消亡?
109、一些恐龍為什麼如此龐大?
110、生态系統對全球變暖的反應如何?
111、至今共有多少人種，他們之間有何關聯?
112、是什麼提升了現代人類的行為?
113、什麼是人類文化的根源?
114、語言和音樂演化的根源是什麼?
115、什麼是人種，人種如何進化?
116、為什麼一些國家向前發展，而有些國家的發展停滞?
117、政府高額赤字對國家利益和經濟增長速度有什麼影響?
118、政治與經濟自由密切相關嗎?
119、為什麼改變撒哈拉地區貧困狀态的努力幾乎全部失敗?
120、有沒有簡單的方法确定橢圓曲線是否存在無窮多解?
121、霍奇閉鍊是代數閉鍊的和嗎?
122、數學家将會最終給出Navier-Stokes方程的解嗎?
123、龐加萊實驗能否确定4維空間的球?
124、黎曼zeta函數的零解都有a+bi形式嗎?
125、對粒子實體标準模型研究是否會停止在量子Yang-Mills理論上?
(注：最後6個數學問題選自Clay數學研究所提出的新千年問題)
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01
推薦語：随着半導體工藝不斷逼近實體極限，摩爾定律盡頭的計算科學路在何方？産業界和學術界都在積極尋找超越并行技術的突破性解決方案，以期不斷提升晶片效能。研究表明，調整處理器結構以使其适配于某一特定應用領域的可定制計算技術将會帶來新的契機。
02
推薦語：量子計算是一種基于量子力學的、颠覆式的計算模式，具有經典計算技術難以企及的資訊攜帶量以及并行處理能力，同時能耗更低。全書以通俗易懂的方式介紹了量子計算的基礎知識及研究成果，包含大量圖表及示例。書中不僅講解量子計算的基本概念、性質和原理，還回顧了量子力學的發展史，并深入讨論了量子電路、量子疊加與糾纏、隐形傳态、量子糾錯、量子算法、量子密碼學等内容。
03
推薦語：這是你一定能讀懂的量子計算！量子計算是量子實體與計算機科學的完美融合，将20世紀實體學中那些令人驚歎的觀點融入一種全新的計算思維方式中。本書由數學家Bernhardt撰寫，用簡明的數學語言來描述量子世界，隻要求讀者具備高中數學知識。書中從量子計算的基本機關——量子比特開始，然後讨論量子比特測量、量子糾纏和量子密碼學。之後回顧了經典計算中的标準主題——比特、門和邏輯，并描述了Edward Fredkin獨創的撞球計算機。最後定義了量子門，考慮量子算法的速度，以及量子計算對未來生活的影響。
04
推薦語：本書是關于量子資訊的數學理論書籍，主要讨論量子資訊論中基礎理論的精确數學表示和證明。它是為數學、計算機科學和理論實體方向的研究人員和高校研究所學生所設計的，可幫助他們全面了解這一領域的關鍵結論、證明技術和方法論，進而将其應用到不同的研究方向。
05
推薦語：近年來實體實驗領域的快速發展，使人們普遍期望在10~20年内實作規模大、功能全的量子計算機硬體。然而，要發揮量子計算的超級計算能力，僅僅依靠量子硬體是不夠的，量子軟體也必須發揮關鍵作用。目前廣泛使用的軟體開發技術不能直接應用于量子計算機，經典世界和量子世界的本質差異意味着需要新的技術來為量子計算機程式設計。本書對量子程式設計這一課題進行了系統和詳盡的探索，将研究重點放在不同量子程式設計語言和技術所廣泛使用的基礎概念、方法和數學工具上。全書從量子力學和量子計算的基礎概念開始，詳細介紹了多種量子程式結構和一系列量子程式設計模型。此外，還系統地讨論了量子程式的語義、邏輯和分析與驗證技術。
06
推薦語：20多年來一直暢銷不衰的名家經典，如散文一樣優美、像小說一樣生動的數學書！将兩千多年的數學發展曆程融為十二章内容，每章都包含了三個基本組成部分，即曆史背景、人物傳記以及在這些“數學傑作”中所表現出的創造性。作者精心挑選了一些傑出的數學家及其所創造的偉大定理，如歐幾裡得、阿基米德、牛頓和歐拉。而這一個個偉大的定理，不僅串起了曆史的年輪，更是串起了數學這門學科所涵蓋的各個深邃而不乏實用性的領域。它會讓熱愛數學的人體會到絕處逢生的喜悅，讓讨厭數學的人從此愛上數學。
07
推薦語：多元度審視和探讨IT技術對人類社會的影響與沖擊。
本書是一本讨論IT技術與社會、法律和倫理之間的關系的著作。書中将IT技術類比為希臘神話中普羅米修斯送給人類的禮物——火，分析了在給人類的生活、工作和未來帶來積極影響的同時，IT技術帶來的新的問題和挑戰，并深入讨論了可能的應對措施，以及IT從業人員和軟體工程師應當具有的職業道德準則。
08
推薦語：吳曉波推薦！ 本書是一本有思維方法論啟示的書；是一本站在曆史的高度, 正面思考科技力量的書；是一本充滿想象與預言，但又不失科學論證的書。本書提供了一個嶄新的視角：21世紀既是數百年以來科技、創意的頂點，又是對人類終極命運真摯的願景。
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