■宇宙:
1.宇宙是由什麽組成的？
脫口而出的回答是:它是由那些閃閃發光的星星組成的。但近幾十年來，科學家越來越發現這個答案是不正確的。天文學家認為，構成恒星、行星、星系，當然還有我們，或者說普通物質的物質，只占宇宙總質量的不到5%。他們估計，另外25%可能是由未被發現的粒子組成的暗物質。剩下的70%呢？天文學家認為可能是暗能量——加速宇宙膨脹的力量。暗物質和暗能量的本質是什麽？科學家們正在使用加速器和望遠鏡來尋找這些問題的答案。如果他們找到了，他們的意義壹定是巨大的。
2.我們是宇宙中獨壹無二的嗎？
45年前，天文學家福克·德雷克(Falk Drake)首次啟動了探索地外文明的Ozma計劃——使用巨大的天線(射電望遠鏡)接收地外文明發出的信號。四十五年後，天文學家的努力仍在繼續。然而，即使是迄今為止最大的“鳳凰”項目也沒有發現任何來自外星文明的無線電信號。
■地球文章:
3.地球內部是如何運作的？
40多年前，地球科學發生了壹場革命。板塊構造理論更新了關於地球本身的知識。然而，關於地球內部結構的問題仍然遵循著革命前的知識。科學家在這40年裏所做的，就是進壹步細化這個雞蛋模型——分為地殼、地幔和地核。借助越來越先進的地震成像技術，科學家們正在研究這臺巨大機器的運行過程。但是，可能還需要半個世紀才能開始另壹場科學革命。
4.全球溫室會變得多熱？
雖然本世紀大氣中二氧化碳的濃度肯定會繼續增加，雖然這種增加肯定會帶來全球變暖，但變暖的程度還不確定。科學家普遍認為，本世紀二氧化碳濃度翻倍將帶來1.5℃ ~ 4.5℃的氣溫升高。但這還不夠準確。科學家們正在開發新的數學模型，試圖讓這些數字更有說服力。
■數學和物理文章:
5.物理定律能統壹嗎？
蘋果落地、閃電劃過天空、核電站反應堆中的鈾原子同時衰變釋放能量、超級加速器擊碎質子:這些現象代表了自然界中四種基本力的作用，即引力、電磁力、弱力和強力。宇宙中所有的物理現象都可以用這四種基本力來解釋。但是科學家們並不滿意。有沒有可能把這四種力量統壹成壹種？20世紀60年代，物理學家發現弱力和電磁力可以統壹，它們是壹個事物的不同側面，統稱為電弱力。但是另外兩種力量能與之統壹嗎？
6.量子不確定性和非定域性下是否有更深層次的原理？
量子理論誕生100多年，產生了令人信服的應用成果，但也帶來了反直覺:量子力學的測不準原理指出，我們無法同時精確地獲得壹個物體的動量和位置。但是，非局域性使得兩個量子糾纏粒子的糾纏態同時坍縮，無論它們相距多遠。愛因斯坦曾說，雖然量子力學給他留下了深刻的印象，但“壹個內心的聲音告訴我，那不是真實的。”
7.我們能把化學自組裝推進多遠？
從某種意義上說，化學家是最喜歡發明的壹群人，因為他們總是在制造新的分子。雖然現在的化學家已經可以做出非常復雜的化學結構，但是他們能讓這項工作既簡單又復雜嗎？換句話說，讓“原料”原子自己“組裝”成復雜的結構，就像生命所表現出來的自組裝特征壹樣。已經有壹些化學自組裝的例子，比如制作類似細胞膜的雙層膜結構。但是更高級的自組裝，比如自下而上制造集成電路，還是夢想。
8.傳統計算的極限是什麽？
有些事情看似簡單，解決起來卻很復雜，比如壹個業務員要走遍幾個互聯互通的城市，那麽怎麽才能得到最短的總距離呢？城市數量的增加會讓最強大的電子計算機感到害怕。20世紀40年代，信息論之父香農提出了信息(以比特的形式)應該被存儲和傳輸的物理定律。沒有壹臺傳統的計算機能超越這壹規則。那麽，在工程上，我們最終能造出多強大的計算機呢？而非傳統計算機可能不會受到這些限制，比如近幾年出現的量子計算機。
■生物學:
9.意識的生物學基礎是什麽？
17世紀的法國哲學家有壹句名言:“我思故我在”。可見，意識壹直是哲學討論的話題。現代科學認為，意識產生於大腦上億個神經元的合作。但這還是太籠統了。具體來說，神經元是如何產生意識的？近年來，科學家們找到了壹些方法和工具來客觀地研究這個最主觀、最個人的東西，並在腦損傷患者的幫助下，科學家們可以壹窺意識的奧秘。除了找出意識是如何工作的，科學家們還想知道壹個更深層次問題的答案:它為什麽存在，它是如何起源的？
10，什麽控制器官再生？
壹些生物擁有非凡的修復技能:被割傷的蚯蚓可以再生壹半的身體，而蠑螈可以重建受損的肢體...相比之下，人類似乎再生能力有點差。沒有人能重新長出手指，骨頭的用途也總是壹樣。稍微令人欣慰的是肝臟。部分切除的肝臟可以恢復到原來的狀態。科學家發現，能夠再生器官的動物在胚胎發育過程中會在必要時重啟遺傳程序，從而長出新的器官。那麽人類是否可以在人工控制下，用類似的方法自己更換零件呢？
11.皮膚細胞如何變成神經細胞？
上世紀中葉，生物學家將青蛙的體細胞核放入青蛙的去核卵細胞中，結果克隆出了蝌蚪。近年來，對人類胚胎幹細胞的研究如火如荼——將人類體細胞核植入卵細胞，科學家們期待著制造出各種人類體細胞，如神經細胞、成骨細胞、心肌細胞等。雖然科學家們已經取得了壹些成功，但他們對這種體細胞核移植技術能夠成功的原因仍然知之甚少。的確，去核卵在這個過程中起著至關重要的作用——但是具體的機制是什麽呢？
12.壹個體細胞是怎麽變成整株植物的？
從某種意義上說，植物似乎比動物更靈活。植物體細胞不需要復雜的體細胞核移植技術就可以再次成為植物胚胎細胞。科學家們利用植物的這壹特性已經有很長時間了。有了壹小片植物組織，就可以在實驗室裏培育出可用於壹片森林的幼苗。但是為什麽植物細胞會有這樣的柔韌性呢？科學家已經找到了壹些線索，比如植物中的生長素在這個過程中的作用。
13.生命是如何起源的，起源於何處？
科學家發現了34億年前的微生物化石，在更古老的巖石上也能發現生物光合作用的痕跡。那麽蛋白質和DNA——生命的兩大支柱——哪個先出現在地球上呢？還是在壹起？科學家認為，RNA出現的時間比前兩者更早的可能性更大。另壹個問題是，生命是在什麽情況下起源的？壹種假設認為生命起源於海底的熱水。如今，壹方面科學家在實驗室中探索從簡單有機物到自我復制有機物的發展過程，另壹方面研究彗星和火星也會給這壹問題帶來重要啟示。
14.是什麽決定了物種多樣性？
這是壹個充滿生命的星球，但並不是生命的每個角落都同樣繁榮。生活在某些地區的物種比其他地區多。熱帶比寒帶有更高的物種多樣性。為什麽會這樣？僅僅因為熱帶比寒帶熱？科學家認為，生物和環境之間的相互作用在多樣性中起著關鍵作用。當然，還有其他改變多樣性的力量，比如捕食與被捕食的關系。然而，科學家面臨的第壹個問題是如何獲得關於全球物種多樣性的基本數據——有多少物種。
15.合作行為是如何進化的？
妳很容易在群居動物身上看到利他行為。例如，蜜蜂向其他蜜蜂傳遞食物信息。人類和其他靈長類社會也充滿了合作行為。進化論的創始人達爾文對合作現象提出了壹些解釋，比如親戚之間的互助，實際上會促進整個家族繁衍的可能性。如今，科學家們正在尋找合作行為的遺傳基礎。博弈論是壹種關於競爭、合作和遊戲規則的數學理論，它也可以幫助科學家理解合作行為是如何工作的。達爾文觀察到了合作現象，並對其進行了解釋。今天的科學家希望將這個解釋做得更深入，並回答它是如何產生的。
16，如何從大量生物數據中獲取全景？
生命如此復雜，幾乎每個生物學家都只能在很小的領域裏探索。盡管在每個領域都生成了大量的描述性數據。但是科學家可以從這些海量數據中得到壹個整體概念，比如生物體是如何工作的？新興的系統生物學學科為回答這些問題提供了壹些希望。它試圖通過數學、工程和計算機科學的手段，將生物學的所有分支聯系起來，使生物學更加定量化。然而，沒有人知道這些方法是否能最終讓科學家了解生物運行的全貌。
■人體物品:
17，為什麽人類基因這麽少？
2003年，當人類基因組計劃接近完成時，生物學家為這壹成就歡呼，並驚訝地發現人類基因的數量比最初估計的要少。是的，只有25000人左右，而原本認為應該有65438+萬。相比之下，壹種非常簡單的生物，線蟲，也有20000個基因。擬南芥植物的基因比人類略多，而水稻的基因是人類的兩倍。科學家認為，基因組的工作方式應該比以前想象的更加靈活和復雜，他們正在探索這些用更少的基因做更多事情的分子機制。
18.基因差異和個體健康有多大關系？
科學家們早就發現，有些人對某些藥物的反應與其他病人不同。比如某種用於麻醉的肌肉松弛劑，會讓某些人無法呼吸。最後，科學家發現，造成這種現象的原因是他們有壹定的基因。這也帶來了壹個問題:研究不同人之間的基因差異能否促進醫學上更先進的治療方法的發展，即根據個體DNA的“劑量型藥物”的發展？科學家已經發現了許多與藥物相互作用的基因。但真正實現“量化流派醫學”還為時過早。
19，人的壽命能延長多久？
雖然百歲老人仍然很少，但在過去的幾十年裏，人類(尤其是發達國家)的平均壽命已經延長了。但是這種趨勢能持續多久呢？科學家通過對實驗動物的研究發現，包括限制熱量攝入在內的壹些方法可以顯著延長它們的壽命。但是這些方法能成功應用到人類身上嗎，能延長生命多久？有科學家認為，人類活到100歲至少可以成為慣例。然而，即便如此，長壽也會帶來其他麻煩，比如社會保險。
20.哪些基因差異讓我們成為獨壹無二的人類？
隨著基因測序技術的提高，越來越多物種的完整基因組序列進入了科學家的數據庫，包括我們自己和幾種靈長類親戚，比如黑猩猩。我們很容易區分人類和黑猩猩，但在分子層面就沒那麽容易了。我們和黑猩猩的DNA差異大約是1.2%。這是壹個很小的數字，但從絕對值來看，這種差異意味著3000多萬個堿基對的差異。從黑猩猩中分離出來後，讓我們如此獨特的3000多萬個差異是什麽？科學家們正在尋找使我們區別於其他靈長類物種的基因差異，當然，還有文化、語言和技術等基因之外的因素。
內存是如何訪問的？美好的記憶，悲傷的記憶，解方程的記憶，英語單詞的記憶，毫無疑問都儲存在我們的大腦裏。但是他們到底在哪裏？
20世紀50年代，科學家發現大腦中的“海馬體”在存儲信息方面起著至關重要的作用——如果海馬體被移除，之前的記憶就會壹起消失。但是海馬體中的神經元是如何固定信息的呢？科學家發現壹些分子與記憶的形成有關。此外，神經細胞內突觸的形成也與記憶有關。然而，科學家目前對記憶的工作機制還不夠了解——而這種機制對於了解我們自己非常重要。
22.我們能選擇性地關閉壹些免疫反應嗎？
如今，器官移植已經成為壹種不那麽罕見的手術，但醫生和患者面臨的壹個大問題仍然在壹定程度上存在:免疫排斥。患者的免疫系統可能會攻擊移植的器官為“非中國人”，從而使手術功虧壹簣。為了防止這種情況發生，醫生應該仔細選擇供體器官，有些患者需要終身服用免疫抑制藥物——這顯然不是壹個好主意。科學家們已經找到了幾種可能的方法，可以使免疫系統正常工作，而不會排斥移植的器官，但要實現臨床應用還需要很長時間。
23.有沒有有效的艾滋病疫苗？
每年，僅美國國立衛生研究院就投資5億美元用於艾滋病疫苗的研發。但到目前為止，還沒有疫苗顯示出實用性。懷疑論者認為艾滋病疫苗永遠不會成功，因為人類免疫缺陷病毒是多變的。支持者認為，疫苗可以對猿猴免疫缺陷病毒產生作用，因此艾滋病疫苗也可能成功。
24.什麽能取代廉價石油？什麽時候？
沒有人否認石油最終會耗盡。此外，石油產量可能很快開始下降。即使不考慮這些因素，全球變暖的危險也促使人類盡快找到替代石油的能源——太陽能？風能？核能？每個看起來都很有潛力，但是都不夠成熟。
25.馬爾薩斯還是錯的嗎？
1798年，馬爾薩斯出版了他的名著《人口論》，在書中他提出人口增長永遠趕不上食物供應的增長，只有災難才能阻止增長。200年後，地球總人口增加到60億(是馬爾薩斯的6倍)，但馬爾薩斯預言的大災難並沒有發生。科學技術在很大程度上阻止了這場災難。但是人類還面臨壹個問題，如何保證未來不會發生大災難？