物质结构、天体演化、生命起源曾被称为三大基础科学难题，后来加上智能发生、人工智能，可合称五大顶级科学难题。

属于物质结构难题的当今前沿问题包括量子引力、分子周期律、特性材料等，其中量子引力是自爱因斯坦以来悬而未决的统一场论的焦点；属于天体演化难题的当今前沿问题有宇宙常数、暗物质和暗能量、星系形成等，其中宇宙模型是关键；属于生命起源难题的当今前沿问题有基因组、干细胞、分子及细胞进化等，最近iPS细胞的实现意义重大。由于统一场论直接决定宇宙模型，三大基础科学难题中物质结构和天体演化实际上已经交织在一起。智能发生的物质基础是人脑，因而取决于脑科学。至于人工智能，多年研究几乎没有实质性进展，是涉及脑模型、计算复杂性、技术极限等的综合难题。此外，科学难题中还有黎曼猜想等纯粹数学难题。

许多科学难题之间存在相互关联，形成科学难题网。一些难题的解决可能促进另一些难题的解决，其结果由于科学家自由探索发现的随机性而难以预见…

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