21世纪100个科学难题.docx
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21世纪100个科学难题
21世纪100个科学难题
以下科学攻坚难题实际上几乎全部集中于哲学的基本问题：
生命的起源人的起源地球的起源宇宙的起源物质的本质精神的本质等，这些问题在两三千年前都已经在所有原生（相对于次发文明）文明的社会中被提出来了。
这个时代的提出的不同在于
可借助于更先进的技术手段计算机电子望远镜分子频谱仪等
在更深层次上（分子、DNA,RNA，神经细胞）、更广范围内（从宇宙到中微子）上予以穷究
并且有了更完美的理论支持：
复杂性思维方式，系统论与整体观等。
在以西方逻辑思维为基础的现代科学中，这个理论是新颖的，但在中国古代科学中，是一直严格自觉地运用这种思维方式来探究天道人伦，且在历法、算术、人体科学与医学、宇宙探测、建筑力学与美学、地理与生态、化学化工冶炼等等方面获得丰硕的成果,而且是不以损害人的异化与环境的负载开发为代价的情况下取得的.
中国文明发展的节奏是中和,社会文明发展项度取舍的衡量标准是人们心灵上的满足.进行科学探测的主要动机是满足人的求知欲（而不是功名或物质利益或其它的欲望,奇巧淫技被持为机心为君子所不耻）,并最终都须返回到道德生命这一根本上来.所以一切都是整体综合推进的,中和的,和谐的,与人的精神进化的节拍是相吻合的.
现代人的精神危机在于人类的急功近利.以及被工商业竞争刺激起来膨胀变异的欲望造成的身心疾病.整个社会变革发展的节奏与人类心理适应变迁的节奏不一造成的人的异化。
资本运作与工业化大生产割裂了劳动者、生产资料、以及劳动成果之间的关系，人们失去了劳动的乐趣而沦为工具，劳动分工的琐屑细化让劳动技能成为一种谋生手段而不是一种技艺，手工劳动的被取代并没有减轻绝大多数人的劳动强度，反而剥夺了他们劳动中创造的乐趣与原本休闲健康的生活方式（从农民到工人或农民工）。
人与自然的远离与割裂造成的非平衡发展与全球生态危机.（一年前，去年的11月15日,地球上太平洋第一个国家因为地球变热,海平面上升而被迫举国迁居.）
李约瑟云:
欧洲人所特有的精神分裂或分裂人格只能以德模克利特的机械唯物主义或柏拉图的神学主义进行思考.
可叹的是,中国的科学家们现在却仍然采用西方已经开始反思的思维模式去邯郸学步,而不知从思维方式上探索究竟,如何能够成功？
现把科学界提出的100个前沿问题整理如下，希望民间思想家与自由思想家们也可就以下问题展开自己的探索。
这些问题的“体”——即“根本”在一些古老哲学体系中许多已经实际上得到确定性解答，但在“表象”与“用”上＂解决＂还需要努力。
我相信问题最终得到圆满解决还是需要借助于中国的智慧、古埃及或巴比伦的智慧、印度的智慧，而不是希腊的智慧。
以下问题后括号里是我加的简单的分类注，如果有对其中问题感兴趣的并有所研究的，不妨集中一下。
中国118位科学家提出的21世纪人类面临的100个科学难题
前中国科学院院长周光召说：
目前很多研究不是集中在科学的前沿问题，而是拾遗补缺，所以尽管论文不少，却很难真正推动科学向前发展。
要大力推动科学的发展，就必须面对这些难题，要把科研力量组织到重大前沿问题的研究上来，创新才能带来进步。
1对深层物质结构的探索（物质）
2协调相对论和量子论的困难（宇宙/精神）
3引力波探测（物质/宇宙）
4质子自旋“危机”及其试验探索（物质）
5力学的世纪难题—湍流（物质/宇宙）
6金属微粒中的量子尺寸效应和超导（物质）
7高温超导电性（物质）
8固体的破坏（物质）
9宇宙结构的形成与星系的起源（宇宙）
10太阳中微子之谜（宇宙）
11活动星系核的能源和氧化（宇宙）
12星际分子云和恒星的形成（宇宙）
13宇宙常数的问题（宇宙）
14太阳活动的起源（宇宙）
15磁元的争辩（物质）
16黑洞的证认（宇宙）
17宇宙论中的暗物质问题（宇宙）
18地外文明和太空移居（生命的本源问题）
19寻找地外理性生命（生命的本源问题）
20星系演化的途径（宇宙）
21最终解决人类能源问题的课题（人类的未来）
22未来的空间太阳能发电（人类的未来）
23太阳风的起源及其加速机制（宇宙）
24日冕加热和太阳风加速（宇宙）
25表面张力梯度驱动对流（物质）
26磁层亚暴和磁晕的整体过程（物质）
27富勒烯化学（物质）
28单原子识别与分子设计和合成（物质）
29室温有机超导体（物质）
30催化的高速选择性合成（物质）
31原子簇物质（物质）
32非线性光学聚合物实用化的若干问题（物质）
33分子工程学（物质）
34分子元件的单原子加工和自组装（物质）
35可持续发展对化学的挑战（人类的未来/物质）
36地球科学中的非线性和复杂性（思维方式/地球）
37地球构造运动驱动机制的反演（地球）
38人类对全球环境变化影响的预测（地球/人类）
39气候系统动力学（地球/人类）
40自然控制论（地球/人类）
41地震成因与地球内部流体（地球/人类）
42地球的自转运动及其与地球各圈层的相互作用（地球/人类）
43现今岩石圈构造解析中的若干难题（地球/人类）
44生物多样性保护（地球/生命）
45细胞凋亡（生命）
46生物学的理论大综合：
遗传、发育和进化的统一（生命）
47分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题（生命）
48人能否在地球以外长期生存（宇宙/地球/生命）
49脑神经系统动力学（精神的本源）
50生命、人的思维、意识等的物理学基础（精神的本源）
51探索生命的遗传语言（生命的起源）
52疯牛病—中心法则—Affinsen原理（社会问题/生物/生态）
53分子进化的驱动力与分子进化论（生命的起源）
54脑的计算模型能带我们走多远（精神的奥秘）
55如何控制化学反应的方向（生命/物质）
56未来的认知神经科学能否给意识以新的解释（精神的奥秘）
57地球演化的统一理论：
“两均论”与“两非论”（地球的演化）
58有机体信息系统的演化在物种生存、适应过程中的作用（生命的进化）
59脑的选择性自适应（精神的奥秘）
60脑与行为的自组织（精神的奥秘）
61思维与智能的本质（精神的奥秘）
62人脑如何组织其信息贮存（精神的奥秘）
63脑与免疫功能（精神的奥秘）
64生命起源、细胞的起源和进化研究（生命起源）
65生命的起源与蛋白质（生命起源）
66RNA与生命起源（生命起源）
67注意的脑机制（精神的本质）
68智力的起源（精神的本质）
69细胞如何调控基因组的有序活动（生命的起源）
70人脑是怎样认知外界视觉世界的（精神的本质）
71重力的植物细胞生理学问题（生命的起源）
72中心法则的空白—从新生舦到蛋白质（生命的起源）
73"JUNK"DNA有什么问题（生命的起源）
74统一医学（思维方式上的反思）
75意识和思维动力学（精神的本质
76人类疾病与基因（生命的本质）
77生命起源中的对称性破缺（生命的起源）
78精神与免疫（生命的奥秘）
79改善老年认知功能障碍的心理学原理（精神的奥秘）
80解吸全套细胞蛋白质结构与功能（生命的本质）
81心思的神经生物学机制（精神的奥秘）
82细胞三维生长和组织培养（生命的奥秘）
83重返海洋（地球/人类）
84客观世界的自组织（物质、生命、精神、宇宙的演化）
85全信息理论与高等智能（精神的本质智力的奥秘）
86关于“意识”问题（精神的本质）
87植物光合作用吸、传、转能的分子机理及其调控（生命的奥秘）
88系统科学的困惑（思维方式困惑什么）
89复杂经济系统的演化分析（思维方式在显学上的应用）
（以下是数学问题，中国民间易数大师不妨攻坚之！
）
90路径积分
91朗兰兹纲领
92球堆积问题
93相变的数学理论
94P—NP问题
95超级计算理论
96庞加莱猜想及低维拓扑
97黎曼猜想
98中华民族及现代人的起源（人的起源）
99人类基因组织研究中的社会学、伦理学和法律问题（科技伦理）
100物质和精神的关系问题（呵呵，哲学第一性的问题）
中国科学家预测21世纪及百道科学难题
人民日报记者杨健
中国一百多名顶尖级科学家，耗时4年，预测了21世纪的100道科学难题。
这是中国科学家第一次向全世界发布自己对未来的看法。
预测工作从1994年一直持续到1997年。
最近记者采访了参与预测的科学家，使其尽量以浅显语言，就一些与人们生活息息相关的、有趣的问题做一点介绍。
二○一五年攻克多数癌症
中国医科大学研究员、院士吴等科学家说，在下个世纪的头5年中，人们将实现有史以来最重要的突破：
破译人类基因组————即我们染色体组织中带有30亿个碱基对代码的10万种基因。
21世纪的生物学是染色体组生物学，其最终目标是破译整个生命史。
破译人类染色体组有助于治疗和预防疾病。
DNA遗传密码的破译真的称得上是一次医学革命。
在人科动物从猿猴中分离出来后的500万年里，人类DNA的发展变化还不到2％。
但在下个世纪，我们将能够从根本上改变DNA，在创造出新生命形式的同时把我们的幻想和虚荣心编成代码。
我们的孩子也许能选择下一代的特征———选择他们的性别、眼睛的颜色，操纵他们的智商、个性和运动能力。
他们也许能克隆自己、或者某一个子女、或者他们崇拜的某一位名人，甚至可能在我们死后克隆我们。
根据乐观的估计，2015年，大多数癌症都将被攻克；2019年，4000种遗传疾病有1000多种能被治愈。
但是基因组学先驱克雷格·文特尔指出，这场革命不会像许多人认为的那样很快到来。
在破解了一种流感杆菌完整的基因序列密码以后，他惊异地发现，这种细菌的2000个基因中有一半是科学家们迄今完全不了解的。
即使到了今天，仍然没有任何人知道基因是如何构成活体的。
文特尔问道，如果科学连一种低等单细胞微生物都解释不了，那么“我们如何能了解总共有10万亿种组合方式的人体8万个基因呢”
二○五○年机器最终能力超人类
人脑作为地球上最聪明的东西的日子已经为时不多了。
计算机的速度和复杂程度将继续保持每18个月增加一倍的速度直到2012年。
中国科学院研究员陈霖和清华大学人工智能专家赵南元说：
到那时，计算机电路的密度将是现在的1000倍，一台鞋盒大小的计算机将拥有人脑的处理能力。
对此，爱因斯坦之后最伟大的物理学家斯蒂芬·霍金曾说：
“目前，计算机尚未显示出任何拥有智能的迹象。
这并不令人感到惊奇，因为我们目前的计算机的复杂程度还比不上蚯蚓的大脑。
但是在我看来，如果非常复杂的化学分子可以在人体内活动并使人类产生智慧的话，那么同样复杂的电子电路也可以使计算机以智能化的方式采取行动。
”
2012年之后，利用量子力学原理制造的芯片在复杂程度方面将有望取得比目前大得多的飞跃。
因为这样的芯片将不需要目前占据了硅片上大部分空间的导线，完全复制人脑———不仅包括人脑的1000亿个神经元而且还包括人脑数以万亿计的突触或神经元之间的连接物———并不需要很长的时间。
人们认为这个由密集的连接物组成的迷宫是产生智慧所必需的。
有科学家相信，到2050年，机器的能力将超过人类。
日本高级通信技术国际研究所硅脑项目负责人德加里斯承认，他创造的东西可能会把他“像苍蝇一样拍死”的想法一直搅得他心绪不宁。
而另一些人则认为，到2099年将只有很少一部分人仍然保留着生物机体，大多数人将把自己的思想转换成电子电路，因而获得永生。
人类将进入十维空间
物理学方面，超弦理论的新突破正逼近物理学终极理论。
这项理论称，如果把成百上千的亚原子粒子想象成为十维空间中极其纤细的琴弦上所发出的音符，那么，最终将会得到有关自然的最根本的解释。
不要在意宇宙看起来只是四维空间（包括时间）的表象。
据说其余的6个空间的存在，为人类的思维所不及。
中国科学院理论物理学家、院士冼鼎昌、朱传界等认为：
如果这种认识是正确的话，那么，物理学可能会比任何时候更接近于把难以表述的量子引力理论付诸笔端，这一成就将能把量子力学与广义相对论这两个现代物理学中迄今无法调和的支柱统一起来，并且以同样的说法来解释自然界所有的作用力。
对一般人来说，这种超弦理论叫做“超玄”也许更合适些。
因为它实在太难理解了。
实际上，这些晦涩的知识往往会在出人意料的地方与我们的生活息息相关。
50年代发明的托卡马克技术对于大多数人来说至今还是一个谜团，它要解决的是受控核聚变的世纪难题。
如果这项技术开发成功，人们将为下个世纪开发一种安全而又取之不尽的能源———聚变能。
当那一天到来时，所有对煤和石油枯竭的担心以及由温室气体排放引起的气候恶化都将成为过去。
预计演示型的聚变堆和商用聚变堆将分别于2025年和2040年建成。
用中国科学院政策局局长曹效业的话来讲，技术已经不再是可控核聚变最大的瓶颈，主要的问题是资金和时间。
谨慎一些的科学家则指出，无论反应堆是否能在几十年内与其他能源相提并论，这项研究都会得到极有价值的“副产品”，诸如把等离子体用于制造更先进的计算机芯片、以及目前惟一有希望进行外星系载人航行的等离子飞船等。
几乎会拿到单个分子什么物质都能做出来
物理学对物质的认识深入到核子乃至更深的层面并不意味着化学的重要性让位，中科院化学所的前任领导人胡亚东认为，化学正处于高速发展的最活跃时期。
伴随着探测手段的进步，化学变化最快的电子转移、能量转移过程都已清晰可见。
原子和分子的图象可以在电视屏幕上实时观察，DNA的双螺旋、三螺旋结构已经可以直接看到。
分离手段方面，激光诱导荧光毛细管电泳具有检测到数十个分子的灵敏度，人们已经能够拿到几乎是单个的分子了。
中国科技大学的朱清时校长正在从事的选键化学研究，就是要在下个世纪的某个时候实现分子合成的单原子操作。
这意味着你需要什么样的新物质，科学家们都可以为你创造出来。
人类有关能源、材料、资源和环境问题都可以通过物质合成的方式得到解决。
作为这方面的一个突出代表，叶绿素光合作用的机理有望在下个世纪内得到较为圆满的解决。
水和二氧化碳怎样形成碳水化合物的反应已经基本上搞清楚了，现在的难点在于弄明白太阳能是如何促进电子转移、从而把光能转化为生物能的。
这是一个非常快的能量转移过程，完成在一飞秒即10的负15次方秒（千万亿分之一秒）之间。
借助飞秒级的分辨光谱，人们至少已经找到了一种合用的工具。
很多年来，无数科学家曾在这个问题上倾注了大量的心血，现在终于是快要解开那关键一环的时候了。
数学仍是科学之首
一方面，数学以完备而严密的逻辑性，成为了统领其他自然科学的帅才，另一方面，数学常常在极其抽象的外表下与自然科学其他领域发生直接的联系。
因而，杨乐院士等人认为，数学似乎成了科学发展的决定因素。
在即将到来的21世纪，这种趋势不会改变。
股市大概是世界上最为变幻莫测的系统，甚至比大气的扰动还要复杂多变。
在数值天气预报已经成为现实的今天，还没有谁敢说自己拥有了一套准确预报股市行情的数学模型。
经济学的情形也与此类似。
那些获得诺贝尔经济学奖的，大多具备一个相对准确的数学模型。
正因如此，像“知识经济”这样热门的理论短时期内还将与诺贝尔奖无缘，用《创新报告》起草人何传启的话来说，有关它的数学模型的建立简直无从下手。
建不起数学模型，也就很难让计算机帮忙。
尽管在20世纪，四色定理、费根鲍姆猜测等都在机器的帮助下得到了解决，但很多问题的解决从形式上看并不完美。
当数学家们捧着几百页纸的论证结果时，他们心里想要的，其实是费马在他的书页边写下短短几行证明文字。
在他们看来，只有那样的数学才是最优美的。
正是在这种意义上讲，下个世纪的数学发展，计算机仍将作为辅助手段，更多的时候，他们将继续把数学当作“人类思维的体操”。
100年或者1000年都是一个极其短暂的时间段，但就生命和科学而言，在这段时间中是什么事情都可能发生。
正如科学告诉我们的，如果一切都是确定的，这个宇宙就太平淡了。
近日，中科院院长路甬祥在中国科协首届学术年会上提出了当代科学面临四大难题：
1.物理学中相对论的局域性与量子力学的全域性之间的不协调问题；
2.生物学中遗传与进化的统一问题；
3.脑与认知科学中脑知结构和本质问题；
4.以及自然界中的三大起源（宇宙、物质和生命）问题。
他说，其他未解决的问题还有许多，但与以上四大难题相比，就只能算是局部的次要的问题了。
中国公众科技网
当代科学六大悬案
1.宇宙生命何处觅。
１９８２年１０月，来自１２个国家的６９位科学家呼吁，要对外星智慧生物进行世界性的探索，重点是探测距地球８０光年的７７３个星球。
2.黑洞天体为何物。
宇宙中有一些点例如一颗燃尽了的恒星由于自身塌缩的重力作用而不断被压缩，围绕这些点的一定空间就形成了一个黑洞，其引力无比强大，任何东西甚至光靠近它时都会被它吞噬掉。
3.引力辐射待探测。
爱因斯坦从理论上证明引力是以波的形式辐射的，可是直接检测出引力波仍是实验物理学的最大课题之一。
4.搜索太阳系的第十大行星。
5.新元素发现极限。
修改后的周期表可以排到１６４号，要把这张新的周期表填满。
6.人类进化有缺环。
人与猿的亲缘关系似乎还应有一环，要找到这个缺少的化石。
资料来源：
大众科技报
科学家展望２１世纪科技发展
人类寿命普遍提高到百岁以上、外科医生动手术不再用手术刀、癌症等绝症被攻克……这些事情现在听起来还只是梦想，但科学技术超乎想象的迅速发展，将使许多我们现在认为是不可能的幻想成为现实。
人类更加健康长寿
基因技术的发展势必将引领未来医学的发展。
有望于２００３年完成的“人类基因组计划”将使人们了解基因排列的次序，从而增加医生治疗遗传疾病的能力。
利用基因工程技术，人们能从猪等动物身上取出器官移植到人身上而不受排斥，更进一步，人类可能都不需要移植器官，而只须移植细胞即可，人体就可以长出新的肾脏、心脏和任何器官或组织。
美国南加州大学的芬奇教授相信，人类未来的寿命至少可以达到１００岁，因为现在人们就已经知道基因问题与一些疾病的出现有关，将来则可以很早就通过检查自己的基因，以便及早求医降低发病机会。
基因技术也可以应用在检查精神疾病和开发新药上。
有专家预言将来手术会完全实现机械化，医生只须坐在控制室里利用虚拟真实手术，给身处手术室里的病人动手术。
北京天坛医院的神经外科教授赵继宗介绍说，下一世纪，纳米技术肯定会给神经外科医生带来各种使经典外科手术发生革命性变化的超精细手术工具。
例如，仅仅相当于一米的十亿分之一的纳米级微型机器清道夫将直接进入人脑内部，疏通堵塞的血管，消灭可恶的细菌。
赵继宗说，近年的研究表明，动物的脑中含有一种原始的胚胎干细胞，如果将其移植到有病变的脑中，这类细胞可以逐渐分化，进而替换受损伤的脑细胞，构建起新的神经网络。
随着低温技术、免疫学、器官移植技术的不断完善，相信人脑移植也不会总是科幻小说中的专利。
无论是木星上的暴风雨、火星上的熔岩还是地球上的日食，天上的事太诱人。
人类更清晰地观测太空
为观测迷人的太空，２１世纪将有近１０个口径在８米以上的地面光学巨镜投入使用，以其使用寿命长、观测时间长、成本相对低的特点，在探测遥远暗弱天体和宇宙学研究上有所作为。
超过３０５米口径、面形可改变的射电望远镜和毫米波阵列、甚长基线阵列等设备，将进一步提高射电探测能力。
空间天文学在２１世纪将获得巨大发展，巨型天文观测卫星将以更高的精度和效率投入观测，空间站上将有专用天文台，月球基地天文观测站也将变为现实，地面空间为基线的射电干涉仪将实现更高精度的观测；不仅要提高全电磁波段的观测水平，中微子探测也将成为重要的天文分支，将出现海底巨型中微子探测装置；引力波和宇宙线探测继续向前发展，形成全波段、多渠道的天文观测格局。
以美国为首的北约在战争中充分利用卫星获取情报，使用卫星系统精确制导。
这种将天文研究成果用于军事的现象受到全世界关注，人们注意到今后空间站、月球基地的功能，可能被霸权主义者实现野心所利用。
随着天文学的发展和与地外文明联络而形成的公众天文热将会继续下去，天文普及任重道远；天文学史研究将与社会发展研究有更多的结合；将有更多的天文研究人员和爱好者通过互联网进行讨论与交流。
人类要在２１世纪实现长期生活和工作在月球上，实现载人火星探测，实现向外层空间的移民和旅游，需要发展空间生命科学并解决地球人长期在太空环境中生活和工作的有关课题。
人类将实现星际旅游
空间科学在２０世纪取得了辉煌成就，揭示了自然界许多奥秘，形成了自然科学的大批前沿领域，正孕育着大量自然科学难题的重大突破。
２０世纪空间科学的蓬勃发展使人类进入了“太空时代”。
２１世纪将是人类全面进入和利用地球大气层以外空间的时代，人类将在地球以外建立观测台站和实验基地，将向地球外移民和发展太空旅游，将利用外层空间解决地球上的能源、材料及环境问题，还将建立地球外的产业基地和军事基地。
所有这些重大社会活动都需要空间科学的有力支撑，也为空间科学的迅速发展提供了机遇。
生命起源是自然科学永恒的前沿主题之一。
对地球上生命起源的过程已有许多研究，空间科学着眼于研究地球外的生命起源问题。
早在６０年代就利用射电天文分米至毫米波段的观测认证出一批星际分子，空间天文观测扩展了观测的谱段，增加了认证的分子群。
观测到的分子大部分是有机分子，它们可以是形成生命的基元。
如何从星际有机分子演化到生命物质，还是一个远未解决的课题。
自从在南极找到的火星化石中发现有生物遗迹后，探索火星生命物质又成为一个科学热点，火星探测将成为２１世纪继国际空间站任务之后的又一个重大空间探索计划。
火星探索计划将发掘火星上的生命体或遗迹，研究火星环境的演变，以及这种演变与生命进化的关系。
巨大的耗资将使火星探测成为国际性的长期任务。
探索地球外的智能生物将是２１世纪空间科学发展的重要任务，人们将继续观察具有行星的恒星系统，研究可能存在生命的恒星系统及其演化。
人们利用更大和更灵敏的接收系统，探索太阳系以外的智能生物发出的信息。
人类在下世纪还将向恒星际空间发射无人飞行器，与其他恒星系的生物进行联络。
这些研究将提供非地球生命起源和演化的样板。
随着２１世纪初国际空间站的建成，空间生命科学和微重力科学将被推进到一个新的水平，空间时代标志着人类开始走出地球进入太空。
随着外层空间重力场的减小，生命节律的变化，辐射场的增强，空间医学和生理学、重力生物学、辐射生物学等空间生命科学将得到发展。
资料来源：
大众科技报
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