我們在宇宙中是唯一的嗎？

50年前，天文學(xué)家弗克?德雷克首次啟動了探尋地球外文明的奧茲瑪計劃——用巨大的天線接收外星文明發(fā)射的信號。50年過去了，天文學(xué)家的努力仍然在繼續(xù)著。然而，即使是迄今為止規(guī)模最大的“鳳凰”計劃，也還沒有找到任何來自外星文明的無線電信號。

宇宙是由什么組成的？

一個脫口而出的答案是：由那些亮晶晶的星星組成。但在最近幾十年中，科學(xué)家越來越發(fā)現(xiàn)這個答案是不正確的。他們認為，這些普通物質(zhì)，只占宇宙總質(zhì)量的5％。他們估計，另外25％，可能是由尚未發(fā)現(xiàn)的粒子組成的暗物質(zhì)。剩下的70％呢？天文學(xué)家認為那可能是暗能量——讓宇宙加速膨脹的力量。暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)是什么？科學(xué)家正在用加速器和望遠鏡尋找這些問題的答案。

地球內(nèi)部如何運作？

50多年前，一場地球科學(xué)的革命發(fā)生了。板塊構(gòu)造學(xué)說更新了關(guān)于地球自身的知識。但是關(guān)于地球內(nèi)部構(gòu)造的問題，仍然沿襲著革命之前的知識?？茖W(xué)家在這50年中所做的，就是把這個雞蛋模型——分為地殼、地幔和地核進一步細化。借助于越來越先進的地震波成像技術(shù)，科學(xué)家正在研究地球這個龐大機器的運作過程。但是要掀起另一場科學(xué)革命，可能還需要半個世紀。

地球溫室將變得多熱？

盡管大氣的二氧化碳濃度肯定會在本世紀繼續(xù)增加，盡管這種增加肯定會帶來全球變暖，但是變暖的程度仍然不太確定?？茖W(xué)家一般認為，這個世紀二氧化碳濃度的加倍會帶來1.5℃～4.5℃的升溫。但是這不夠精確?？茖W(xué)家正在發(fā)展新的數(shù)學(xué)模型，試圖讓數(shù)字更令人信服。

物理學(xué)定律可以被統(tǒng)一起來嗎？

蘋果落向地面、一道閃電劃過長空、核電站反應(yīng)堆里的鈾原子衰變同時放出能量、超級加速器擊碎質(zhì)子——這幾種現(xiàn)象代表著自然界中四種基本力的作用，也就是引力、電磁力、弱力和強力。宇宙間所有的物理現(xiàn)象都可以用這四種基本力進行解釋。但是科學(xué)家并不滿足。有沒有可能把這四種力統(tǒng)一成為一種？上個世紀60年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)弱力和電磁力是可以統(tǒng)一起來的，它們是一種事物的不同側(cè)面，統(tǒng)稱電弱力。但是其余兩種力是否可以和它們統(tǒng)一起來還在探索中……

在量子不確定性和非定域性之下，還有更深層次的原理？

量子理論已經(jīng)誕生了100多年，它產(chǎn)生了令人信服的應(yīng)用成果，但是它也帶來了反直覺：量子力學(xué)的不確定原理指出我們無法同時精確地獲得一個物體的動量和位置。而非定域性讓兩個處于量子糾纏態(tài)的粒子的糾纏態(tài)同時崩潰，而不管它們相距多遠。愛因斯坦就說過，盡管量子力學(xué)給他留下了非常深刻的印象，但是“一個內(nèi)心的聲音告訴我，它還不是真實的東西。”

我們能把化學(xué)自我裝配推進多遠？

在某種意義上，化學(xué)家是最喜歡發(fā)明的一群人，因為他們總是不斷制造出新型的分子。盡管今天的化學(xué)家已經(jīng)能制造出很復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，他們能讓這項工作變得既簡單又復(fù)雜嗎？也就是說，讓“原料”原子自己“裝配”成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就像生命所表現(xiàn)出來的那種自我裝配的特性。已經(jīng)有一些化學(xué)自我裝配的實例，例如制造類似細胞膜的雙層膜結(jié)構(gòu)。但是更高級的自我裝配，例如自下而上地制造集成電路，現(xiàn)在仍然是一個夢想。

傳統(tǒng)計算的極限是什么？

有些事看上去很簡單但是解決起來很復(fù)雜，例如一個推銷員要走遍相互連接的幾個城市，那么怎樣走才能實現(xiàn)總路程最近？城市數(shù)量的增加會讓最強大的電子計算機也感到畏懼。上個世紀40年代，信息論之父香農(nóng)提出了信息儲存和傳遞所遵循的物理規(guī)律。任何傳統(tǒng)的計算機都不能超越這個規(guī)律。那么，在工程上，最終我們能造出多么強大的計算機？不過，非傳統(tǒng)的計算機可能并不受到這些限制，例如近年來興起的量子計算機。

意識的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么？

法國哲學(xué)家有句名言：“我思故我在?！笨梢钥闯觯庾R在很長時間里都是哲學(xué)討論的話題?，F(xiàn)代科學(xué)認為，意識是從大腦中數(shù)以億計的神經(jīng)元的協(xié)作中涌現(xiàn)出來的。但是這仍然太籠統(tǒng)了，具體來說，神經(jīng)元是如何產(chǎn)生意識的？近年來，科學(xué)家已經(jīng)找到了一些可以對這個最主觀和最個人的事物進行客觀研究的方法和工具，并且借助大腦損傷的病人，科學(xué)家得以一窺意識的奧秘。除了要弄清意識的具體運作方式，科學(xué)家還想知道一個更深層次問題的答案：它為什么存在，它是如何起源的？

什么控制著器官再生？

有一些生物擁有非凡的修復(fù)本領(lǐng)：被切斷的蚯蚓可以重新長出一半身體，而蠑螈可以重建受損的四肢……相比而言，人類的再生本領(lǐng)似乎就差了一點。沒有人可以重新長出手指，骨頭的使用也是從一而終。稍可令人安慰的是被部分切除的肝臟可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，那些可以讓器官再生的動物，在必要的時候重新啟動了胚胎發(fā)育時期的遺傳程序，從而長出了新的器官。那么人類是否可以利用類似的手法，在人工控制下自我更換零部件呢？