慶祝（或嘆息？在這個動盪的一年結束時，沒有什麼比深入研究科學界一些最大的懸而未決的問題更好的了——這些問題長期以來一直讓科學家夜不能寐。 雖然令人困惑，但這些問題指出了科學中的乙個基本真理：我們知道的越多，我們知道的就越多。 只要我們不斷提出問題（並獲得資金來嘗試回答這些問題），知識就沒有盡頭。 更有趣的是，其中一些問題根本無法回答，至少不能通過結合客觀性和還原論的通常科學方法來回答：分別是我們可以將自己與我們正在研究的物件分開的想法，以及我們可以通過將複雜系統分解成更小的系統來研究複雜系統的行為的想法。 然後從部分的行為推斷出整體的行為。
鑑於作者的主觀性，每個“最重要”問題清單都存在一定程度的任意性。 然而，我敢說，這些問題是最棘手的開放式問題之一，當然也是更神秘和引人注目的問題之一。 所以，這裡沒有特別的順序：
1.宇宙是由什麼構成的？我們只知道宇宙成分的5%。 這 5% 由元素週期表中熟悉的原子、它們的分子聚集體或原子的組成組成：質子、電子和中子。 還有中微子——一種難以捉摸的粒子，可以穿過物質，就好像什麼都沒有一樣，包括整個地球。 這個謎團是另外95%，由暗物質（約27%）和暗能量（約68%）組成。 暗物質不發光，存在於星系和星系團周圍，就像一件看不見的斗篷。 我們知道它在那裡，因為它有質量，因此有重力：它拉動了我們能看到的熟悉的5%，我們可以測量這種效應。 暗能量要神秘得多，它是一種類似以太的介質，它以奇異的特性填充空間，將其推開並加速星系彼此遠離。 我們不知道什麼是暗物質或暗能量，並且有一些假設的解釋試圖修改愛因斯坦的引力理論以適應觀測結果並消除黑暗。 但經過幾十年的尋找，我們仍然相當無知。
2.生命是怎麼來的？生命大約在35億年前出現在地球上，也許更早。 這裡的謎團是非生命原子的聚集體如何聚集在一起，形成越來越複雜的分子，最終成為第乙個生命實體，一種能夠進行新陳代謝和繁殖的化學機器。 生命物質是有意的物質這一事實仍然是乙個深刻的謎團。
3.我們在宇宙中是孤獨的嗎？這個問題實際上是兩個問題，因為我們不僅想知道是否有任何外星生命，還想知道它是否是智慧型的。 歸根結底，我們想知道生活是多麼普遍。 我們還需要知道，如果智慧型生命不是那麼罕見，為什麼我們還沒有收到“他們”的訊息關於外星人，我推薦Big Think專欄作家亞當·弗蘭克（Adam Frank）最近出版的《外星人小書》（The Little Book of Aliens）一書，以獲取在宇宙中尋找生命的最新概要。 正如我在最近的書中指出的那樣，這個問題直接影響到我們如何與自己的未來和我們稱之為家園的星球聯絡起來。
4.是什麼讓我們成為人類？我們的神經元比大猩猩大三倍，但我們的DNA幾乎相同。 許多動物都有基本的語言，可以使用工具，並在鏡子中認出自己。 那麼，我們和他們有什麼區別呢？額葉皮層較厚對面的拇指？火的發現和烹飪的能力？我們的文化？語言和工具製作是什麼時候出現的？傑里公尺·德席爾瓦（Jeremy Desilva）的書《第一步》（First Steps）是乙個很好的介紹。
5.什麼是意識？我們之前在這些頁面中已經遇到過這個問題，想知道意識的本質，甚至它與量子物理學的可能聯絡，這是某些圈子裡的乙個時髦話題。 大腦如何產生自我和我們獨特的體驗？大腦可以被逆向工程改造成機器建模嗎，還是這是乙個失敗的命題？為什麼會有意識？如果是這樣，它的進化目的是什麼？
6.我們為什麼做夢？儘管我們一生中大約有三分之一的時間都在睡覺，但我們仍然不知道我們為什麼要做夢。 夢有基本的身體和/或心理功能嗎？或者它們只是大腦部分休息的隨機影象？弗洛伊德關於夢是某種被壓抑的慾望的表達的理論正確嗎？還是都是假的？
7.物質為什麼存在？根據物理定律，物質不應該獨立存在;每個物質粒子——每個電子、質子、中子——都應該有乙個反物質伴侶，就像雙胞胎一樣。 因此，應該有大量的正電子、反質子和反中子。 但事實並非如此。 問題是，當物質和反物質相遇時，它們會在一陣高能輻射中分解。 如果你與你的反物質握手，美國的很大一部分將變成煙霧。 所以，謎團是這個反物質發生了什麼。 顯然，如果宇宙在早期有同等數量的兩者，那麼就會發生有利於物質而不是反物質的事情。 什麼？物質和反物質之間是否存在巨大的不對稱性，宇宙就是這樣“誕生”的？也許一些原始的不對稱性進化來完成這項工作，選擇物質？如果是這樣，它什麼時候在宇宙歷史中發揮作用，這種不對稱性會是什麼？幾十年來，我們一直在努力解決這個問題，但取得了巨大的成功。
8.還有其他宇宙嗎？還是我們的宇宙是獨一無二的？信不信由你，現代宇宙學和粒子物理學理論上認為存在可能與我們不同的其他宇宙。 他們在那裡嗎？如果可以，我們怎麼知道？如果我們不能證實這個假設，它仍然是科學的一部分嗎？我之前在這裡說過，多元宇宙假說是非常有問題的，也不是特別有用，即使它很有趣。
9.我們要把所有的碳都放在**？隨著全球工業化的加速，我們向大氣中排放的碳（和甲烷）越來越多，加速了全球變暖。 可以做些什麼來改變我們對環境的影響？如果我們不這樣做會怎樣？全球變暖模型提供了一系列**，從溫和到可怕。 但顯然，考慮這個問題而什麼都不做的時間已經不多了。 現在是時候在全球範圍內認真對待這個問題了，為了下一代的利益，甚至只是在未來十年左右的時間裡。 政客們行動太慢了。 我們需要把這個問題掌握在自己手中，獨自解決。
10.我們如何從太陽中獲取更多能量？我們的增長主要基於化石燃料。 然而，我們在天空中有乙個非凡的能源等待著被更有效地探索。 此外，在可預見的未來，我們能否在地球上複製太陽能發動機，以可控可行的方式將氫融合成氦氣，以解決能源問題？進展即將到來，但比我們希望的要慢。 或需要。