21世纪100个交叉科学难题

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出版者:科学出版社
作者:李喜先
出品人:
页数:800
译者:
出版时间:2005-1
价格:100.00元
装帧:
isbn号码:9787030146878
丛书系列:
图书标签:
  • 科学
  • 交叉学科
  • 科普
  • 自然科学
  • 物理
  • 未来
  • 专业课
  • 自然
  • 交叉科学、科技前沿、科学难题、未来科技、学科融合、创新思维、人工智能、量子科技、可持续发展、复杂系统
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具体描述

本书荟萃一线科学家撰写的100个交叉科学难题,涉及各门类学科(涵盖自然科学与社会科学领域)之间的大跨度、多方式的广泛交叉,均是从宇宙起源、物质结构、生命起源和智力起源四大基本难题中衍生出来的交叉科学难题,反映了21世纪科学的整体化发展趋势。这些难题一旦解决必定会给人类带来巨大利益或使科学技术产生重大突破,因此可以启迪科技工作者的探究志趣,激励广大科学家,特别是年轻学者、研究生和大学生的探索兴趣。

《21世纪100个交叉科学难题》是一本旨在激发读者对前沿科学探索兴趣的读物,它将目光投向了当今科学研究中最具挑战性、最需要跨学科合作才能解决的百余个核心问题。这本书并非一份枯燥的难题清单,而是一次穿越多个学科领域的深度对话,一次对人类求知边界的生动描绘。 在21世纪的黎明,科学的进步不再局限于单一学科的纵深挖掘,而是越来越依赖于不同领域的碰撞与融合。本书所呈现的难题,正是这种时代特征的集中体现。它们横跨了生命科学、物理学、化学、计算机科学、认知科学、环境科学、社会科学等多个重要学科,并且常常是这些学科之间相互渗透、相互作用的焦点。 例如,在生命科学领域,本书会探讨诸如“如何完全理解并模拟一个完整的人类大脑?”、“如何通过基因工程彻底根除遗传性疾病?”、“如何开发出能真正意义上延缓衰老并维持健康活力的方法?”等深刻的课题。这些问题不仅仅是生物学家的使命,它们需要神经科学、计算机科学(用于模拟和数据分析)、化学(用于药物研发)以及伦理学(用于指导研究方向)的共同智慧。 在物理学方面,诸如“宇宙的最终命运是什么?是否存在统一所有基本力的‘万有理论’?”、“暗物质和暗能量的本质究竟是什么?它们在宇宙中扮演着怎样的角色?”、“量子计算能否真正突破经典计算的瓶颈,实现指数级的计算能力飞跃?”等问题,将带领读者走进一个充满未知的宏观与微观世界。这些探索离不开天文学、数学、工程学甚至哲学领域的协作。 化学作为连接物质世界的基础学科,在本书中也会扮演重要角色。关于“如何设计出完全可控的纳米机器人,实现体内精准的药物递送和修复?”、“如何开发出高效、清洁且可再生的能源储存技术,解决全球能源危机?”、“如何合成具有全新功能和性质的超材料,超越自然界的限制?”等问题,都要求化学家们与材料科学家、工程师、生物学家协同作战。 计算机科学作为引领数字时代的核心力量,其难题同样不容忽视。本书将涉及“人工智能能否真正实现自主意识和通用智能,甚至超越人类的认知能力?”、“如何建立一个安全、高效且可信赖的全球信息网络,抵御日益复杂的网络攻击?”、“如何利用大数据和机器学习预测和应对全球性挑战,如气候变化、流行病爆发等?”这些问题,都考验着算法设计、网络安全、数据科学以及社会学等多方面的知识。 认知科学的进步,也离不开心理学、神经科学、语言学、人工智能等多个学科的支撑。本书将讨论“人类学习、记忆和遗忘的根本机制是什么?如何优化学习过程,提升认知能力?”、“意识的产生和本质是什么?它在大脑中的物理基础何在?”、“如何通过脑机接口实现人机无缝交互,甚至增强人类的感知和认知能力?”这些问题,都在试图解开人类最神秘的面纱。 环境科学作为应对全球性挑战的关键领域,其交叉性也尤为突出。书中会触及“如何有效遏制和逆转气候变化,找到可持续的人类生存模式?”、“如何解决日益严重的资源枯竭和环境污染问题,实现生态系统的健康平衡?”、“如何更好地理解和保护生物多样性,应对物种灭绝的危机?”这些问题,都需要生态学、地理学、气象学、社会经济学、政策制定等多个领域的专家共同努力。 《21世纪100个交叉科学难题》的价值,不仅在于揭示了当前科学研究的“痛点”和“难点”,更在于它展现了科学探索的无穷魅力和人类智慧的巨大潜力。它鼓励读者打破学科壁垒,用更广阔的视野去看待和思考科学问题,理解科学发展是如何依赖于不同思想的激荡和不同技能的结合。 这本书更像是一张科学探索的地图,它指引着我们前进的方向,也提醒我们前路漫漫,挑战重重。每一道难题的背后,都隐藏着无数可能改变人类命运的发现和突破。它邀请每一个对未知充满好奇的人,加入这场跨越学科的壮丽探索之旅,共同思考,共同求解,为人类文明的进步贡献力量。无论您是科研人员、学生,还是对科学充满热情的普通读者,都能在这本书中找到属于自己的启发与思考,感受到科学最前沿的脉搏。

作者简介

目录信息

目录
代序 发展交叉科学,促进原始创新
序言 学科交叉与交叉科学的意义
前言
导言 论交叉科学
1 宇宙中正反物质不对称和暗能量
2 宇宙深处的γ射线暴
3 天体物理吸积盘中的反常黏滞
4 天体巨耀斑与引力磁发电机
5 量子引力的探针:黑洞物理
6 极高能宇宙线
7 “冷聚变”争论及其现象与机制的解释
8 夸克物质与奇异星
9 宇宙中的生命
10 日地系统扰动预测
11 磁大气中的天气过程
12 太阳活动如何影响天气气候变化
13 软物质
14 量子力学测量问题与量子信息
15 关于量子信息的若干思考
16 爱因斯坦的相对论与超光速运动
17 时间的开始与终结
18 超旋理论:量子理论和广义相对论的统一
19 电容层析成像的机制和线性逆过程
20 温室气体控制一体化原理
21 多波段有机分子激光限幅
22 极端条件下的固体润滑机制
23 高放废物的安全处置
24 Z箍缩与多级能量放大核聚变
25 自旋电子学
26 孤立系统中的自组织与熵增疑难
27 复杂系统分形(自相似)结构与功能及行为
28 陶瓷材料的脆性
29 广义本构关系与智能新材料和智能结构
30 核素氘氚律
31 分子机器
32 Si基材料中实现受激光发射
33 关于材料中原子相互作用势的反问题
34 纳米颗粒的毒性问题
35 分子马达
36 地磁场高斯分析中的唯一性问题
37 建立“地球系统模拟实验室”
38 二氧化碳利用与太阳能转存
39 大气湍流
40 慢汁辐射——地球动力学的基本内因
41 喀斯特石漠化的成因与防治
42 地球内部物质与能量交换和动力学过程
43 寒武纪大暴发:从有关化石库旋升周期找解答
44 天灾成因与预测
45 地球表层微生物地球化学作用的认知
46 非生物成因天然气
47 能源动力系统与环境协调
48 地球表层大规模水平运动的起因
49 细胞进化论中的难题
50 后基因组时代基因产物的功能确认
51 真核细胞的起源进化如何叩开生物多样性大暴发之门
52 有第三遗传密码吗
53 什么决定着生物体的复杂功能
54 DNA的单分子力学及相关的生物信息学
55 肮病毒致病因子的本质与自由基化学过程
56 作为生命起源标识的分子手性起源
57 生物体的电磁场及其作用
58 生命科学中的若干问题
59 真核生物调控序列启动子的预测
60 中草药科学原理之谜
61 生物在成壤、成矿和元素迁移过程中的生物化学作用
62 对称性破缺和生物节律的起源及统一
63 全球化污染下的生物命运
64 陆生植物的起源
65 蛋白质序列、结构与功能的进化关系及其挑战
66 多视角探讨现代人类的起源和迁移
67 探索决策过程的脑机制
68 大脑压缩态与纠缠态
69 人类大脑信号处理机制
70 脑电图数据动力学:混沌和噪声
71 脑与意识
72 脑的微环路研究
73 大脑高级功能的时空整合
74 人性:自然与社会科学的交叉点
75 灰色的复杂和绿色的交叉
76 艾滋病的难题
77 信号传导——生命的表述语言
78 揭开意识的奥秘——兼谈认知相对论纲领
79 人工智能能否完全替代人类智能
80 大脑活动的动力学问题
81 网络时代的生命科学和生物信息技术
82 机器思维的探讨
83 图灵测试——机器是否有智能
84 诞生在电脑屏幕上的“人工生命”
85 Stewart平台的正运动学问题
86 混合计算
87 连续统假设
88 信息是什么
89 分子考古学
90 面对基因社会学
91 基因治疗的伦理思考
92 治疗性克隆中的伦理难题
93 扬弃悖论命题的方法和标准
94 不可通约性:科学进步与交叉科学悖论
95 历史动态演变的定量规律
96 社会物理学派在交叉科学领域中的学科意义与价值
97 科学与宗教的关系
98 哲理与数理的融合
99 自然科学四大基本问题的交叉与统一
100 自然科学三大理论体系的交叉与统一问题
后记
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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《21世纪100个交叉科学难题》这本书,给我最大的启发在于,它让我看到了科学研究的无穷可能性,以及跨学科合作的巨大能量。我尤其被书中关于“基因编辑的伦理与未来”这一章节所深深吸引。我原以为基因编辑仅仅是用于治疗遗传性疾病,但书中却深入探讨了其在农业、环境科学甚至人类演化等更广阔领域的应用前景。 它详细介绍了CRISPR-Cas9等技术的最新进展,以及如何利用这些技术来改良农作物、治理环境污染、甚至可能用于“设计”生命。然而,书中也毫不回避地讨论了基因编辑可能带来的伦理困境,例如“设计婴儿”的争议,以及如何确保技术的公平性和可及性。这种对科学技术双刃剑的审慎思考,让我认识到,在追求科学进步的同时,我们更需要人文关怀和伦理约束。

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《21世纪100个交叉科学难题》这本书,给我最直观的感受是,我们正处于一个前所未有的科学变革时代。那些曾经被认为是科幻的场景,正在一点点地变成现实。我特别被书中关于“人机共生与增强智能”的探讨所吸引。这不仅仅是关于简单的机器人或者人工智能助手,而是深入到了人类与智能系统之间更深层次的融合。 书中详细介绍了如何通过脑机接口技术,实现人脑与计算机之间的信息交流,从而增强人类的认知能力、运动能力甚至感知能力。它不仅仅是停留在理论层面,还引用了许多正在进行的实验和早期原型机的进展。让我感到惊叹的是,书中还探讨了如何利用人工智能来辅助人类进行更复杂的决策,甚至是在艺术创作、科学研究等领域,实现人与机器的协同创新。这种对未来人类形态和能力的畅想,既令人兴奋,也引人深思。

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这本《21世纪100个交叉科学难题》仿佛打开了我认识世界的一扇全新窗口,让我得以窥见那些隐藏在学科壁垒之后,最令人激动人心、也最富挑战性的前沿领域。在我阅读之前,我总是习惯性地将物理学、化学、生物学、数学、计算机科学等等分割开来,认为它们各自有其独立的研究范畴和方法论。然而,这本书却以一种极其生动且引人入胜的方式,打破了我固有的认知模式。它不仅仅是列举了100个问题,更重要的是,它清晰地展示了这些问题是如何在不同学科的交汇点上萌生,又是如何需要跨越传统界限的思维和技术才能去尝试解答的。 我尤其被书中关于“意识的本质”这一章节所吸引。长期以来,意识一直是哲学和心理学探讨的重点,但这本书将神经科学、量子物理学甚至人工智能的最新进展都巧妙地编织在一起,试图从物理学的基本定律、大脑的复杂网络结构以及信息处理的算法层面来解析这个古老而神秘的现象。作者在描述相关研究时,并没有回避其中的复杂性和不确定性,反而通过详实的案例和严谨的逻辑,引导读者去理解科学家们是如何一步步逼近真相的。例如,书中提到的“全局工作空间理论”如何与大脑的神经网络模型相结合,以及量子纠缠的概念在解释信息整合过程中的潜在作用,这些都让我对人类大脑这个宇宙中最复杂的“机器”产生了前所未有的敬畏。

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读完《21世纪100个交叉科学难题》,我感觉自己的视野被极大地拓宽了。我过去总以为科学的进步是线性发展的,一个学科解决一个问题,然后是下一个学科。但这本书告诉我,真正的突破往往发生在学科的“缝隙”中。我尤其对书中关于“新型药物研发的智能加速”这一部分印象深刻。 传统的新药研发过程漫长、昂贵且成功率低。这本书则阐述了如何利用大数据分析、机器学习以及计算化学等技术,来加速这一过程。它详细介绍了如何通过分析海量的基因组数据和蛋白质结构信息,来精准预测药物靶点,并利用人工智能来设计和筛选潜在的候选药物分子。书中还提到了如何将生物信息学与高通量筛选技术相结合,快速验证这些分子的有效性和安全性。这让我看到了科技如何能够以前所未有的速度,为人类健康带来福音。

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翻开《21世纪100个交叉科学难题》,我瞬间被一种前所未有的求知欲所点燃。这本书的内容,与其说是枯燥的学术理论集合,不如说是一场关于未来科技与人类命运的宏大叙事。它以一种近乎“预言式”的口吻,向我们揭示了那些可能颠覆现有社会结构、重塑我们生活方式的科学挑战。我印象最深刻的是关于“永续能源的终极解决方案”这一部分。作者并没有停留在对现有可再生能源技术的简单介绍,而是深入探讨了诸如核聚变能源在工程上的突破性难点,以及如何通过先进的材料科学和等离子体物理学来克服这些障碍。 更让我惊叹的是,书中还触及了更具科幻色彩的设想,比如如何利用宇宙中的自然现象来获取能源,或者通过控制微观粒子的行为来实现能量的高效转化。作者在阐述这些设想时,并非空穴来风,而是引用了大量最新的理论研究和实验数据,使得这些听起来遥不可及的概念,变得触手可及,充满着科学的可能性。每一次阅读,都像是一次思维的探险,让我不断质疑、不断思考,也让我对人类的智慧和探索精神有了更深的理解。

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坦白说,在接触《21世纪100个交叉科学难题》之前,我对“交叉科学”这个概念的理解还停留在比较表面的层面。我以为它仅仅是指不同学科的简单叠加,例如物理学结合化学,便是物理化学。然而,这本书彻底颠覆了我的这一认知。它所呈现的“交叉”,是一种深度融合,是一种将看似风马牛不相及的领域,通过共同的问题导向,巧妙地编织在一起,从而产生出前所未有的创新力量。 我尤其被书中关于“生物计算的崛起”这一章节所震撼。我原以为计算只能在硅基芯片上进行,但作者却详细介绍了如何利用DNA分子、蛋白质甚至活细胞来构建计算系统。这不仅涉及到计算机科学中的算法设计,更需要深入理解分子生物学、化学动力学,甚至是对生命体本身的复杂模拟。书中对“DNA存储”技术在数据存储密度上的巨大优势,以及“生物传感器”在疾病诊断上的无限潜力进行了深入的剖析。这些内容让我意识到,未来计算的边界将不再局限于传统的电子设备,而是可能渗透到我们身体的每一个角落,甚至是与生命本身融为一体。

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这本《21世纪100个交叉科学难题》,对我来说,不仅仅是一本书,更是一次思想的洗礼。它让我从一个固有的框架中跳脱出来,用更广阔的视野去审视科学的未来。我尤其被书中关于“气候变化的可持续解决方案”的探讨所吸引。这不仅仅是简单的气候模型预测,而是深入到了如何利用工程技术、生物技术甚至经济学原理来应对这一全球性挑战。 书中详细介绍了如何通过碳捕获和封存技术来减少温室气体排放,如何利用新能源技术来替代化石燃料,以及如何通过生态修复来增强地球的碳汇能力。让我印象深刻的是,书中还探讨了利用基因工程来培育能够适应气候变化的作物,以及如何通过智能电网和分布式能源系统来提高能源利用效率。这种多维度、系统性的解决方案,让我看到了人类在应对气候变化方面的希望。

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《21世纪100个交叉科学难题》这本书,彻底刷新了我对科学研究的认知。我过去总以为,某个领域的研究成果,只能在该领域内发挥作用。但这本书却以一种令人惊叹的方式,展示了不同学科之间是如何相互渗透、相互促进,从而产生出意想不到的创新火花。 我尤其被书中关于“新型材料的突破性进展”的介绍所震撼。它不仅仅是关于高强度、轻质化的材料,更是涉及到如何利用纳米技术、生物材料以及智能材料来解决能源、环境、健康等领域的重大挑战。书中详细介绍了如何通过精确控制原子和分子的排列,来设计出具有特定功能的材料,例如能够自修复的涂层、能够高效催化反应的催化剂,以及能够与生物体完美兼容的生物材料。这些内容让我看到了材料科学在未来社会发展中的关键作用。

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《21世纪100个交叉科学难题》这本书,不仅仅是一本知识的普及读物,更像是一部指引人类未来发展方向的“路线图”。它所勾勒出的那些“难题”,看似遥远,却又真实地存在于我们的科技前沿。我最先被吸引的是其中关于“类脑计算”的讨论。长期以来,我们都在试图模仿人脑的结构和功能,但总是受限于我们对大脑工作机制的理解不足。 这本书却从计算神经科学、人工智能、材料科学甚至量子力学等多个角度,探讨了实现类脑计算的可能性。它详细介绍了如何通过仿生硬件设计,比如模拟神经元连接的突触,以及如何利用新的计算模型,比如深度学习算法的进一步演进,来构建比现有计算机更高效、更节能的智能系统。让我印象深刻的是,书中还提及了将量子计算的特性与神经网络相结合,以期解决目前人工智能在处理某些复杂问题时遇到的瓶颈。这种跨越不同学科的思维方式,让我看到了人工智能发展可能的新路径。

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在阅读《21世纪100个交叉科学难题》之前,我一直认为科学研究是相对独立的,物理学家研究物理,化学家研究化学。然而,这本书让我深刻理解了“交叉”的真正含义,那是一种智慧的碰撞,是一种思想的融合,是一种对未知世界的勇敢探索。我尤其被书中关于“量子计算机的颠覆性力量”的介绍所打动。 我一直对量子力学充满好奇,但其抽象的概念和复杂的数学公式常常让我望而却步。这本书却以一种非常易于理解的方式,解释了量子计算的基本原理,以及它与传统计算的根本区别。更重要的是,它详细阐述了量子计算机在破解现有加密技术、模拟复杂分子行为、优化物流网络等方面的巨大潜力。书中对不同类型的量子比特、量子纠错机制的介绍,以及未来量子算法的发展方向,都让我对这一颠覆性技术有了更清晰的认识。

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有点意思。

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有点意思。

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在LYR家看的,看了评论才知道,啊,这书是科普…… 好神奇的科普……

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挺好的,很多很复杂

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在LYR家看的,看了评论才知道,啊,这书是科普…… 好神奇的科普……

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