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化學界十大難題化學未解之謎有哪些世界未解化學難題盤點

本原創文章由 MAIGOO榜單研究員855號上傳提供 2025-02-28 評論 0

在化學領域有著不少未解之謎，其中一些難題令眾多化學家困擾。如：生命從何而來？大腦如何思考和記憶？元素種類有多少？分子如何形成？等，這些難題也被認為是目前化學界最著名的難題。除此之外，你還知道哪些化學未解之謎？本文就跟大家分享下化學界十大難題，快和maigoo小編一起來了解下吧！

世界十大化學難題

生命從何而來？

說起化學界最著名的難題，Maigoo小編想到了“生命從何而來？”這個問題。生命起源是一個深奧且充滿挑戰的課題，自地球上最早的生命形式誕生至今，已有近40億年。盡管科學家們不斷探索，試圖解開生命起源之謎，但這個問題的答案至今仍然是一個未解之謎。于生命起源，要解決的2個首要問題，一是：那些相對簡單的分子，最初如何從“原始湯”里創生出來，并形成越來越復雜的化合物？二是：這些化合物又如何開始進行能量代謝，并完成自我復制？在分子水平上，所有這些步驟都是化學反應，也正因為如此，“生命從何而來”成了一個化學問題。
大腦如何思考和記憶？

大腦如化學計算機，神經元之間相互作用所構成的“環路”是通過分子介導的。而神經遞質在突觸傳遞信息中，就形成記憶。NMDA受體對陳述性記憶至關重要，激活后引發系列反應，增強神經元連接，此即“長時程增強”（LTP）。同時，prion蛋白的兩種構象在記憶中起關鍵作用，其不可溶形態可促使其他分子轉變，聚集并標記突觸，鞏固記憶。盡管有所發現，但記憶機制仍存諸多未知，如記憶提取、記憶增強藥等。未來研究將深化我們對大腦的理解，為治療提供更多可能。
元素種類有多少？

課本上的元素周期一直都在不停地修訂，這是因為人類發現的元素數量在不停增長。目前為止共有118種元素被發現，其中94種存在于地球上。然而，這個數字并不是最終的答案，因為科學家們仍在不斷探索新的元素。那么，究竟有多少種元素呢？這個問題依舊是化學未解之謎。
分子如何形成？

化學未解之謎有哪些？“分子如何形成”這個問題就屬于現階段的化學未解之謎。高中化學課本中的分子結構模型，是學習化學的基礎。然而，這些經典的“球棍模型”已經難以滿足現代化學研究的需要。在尋求更精確的分子模型時，分子軌道模型成為近百年來最為廣泛接受的模型。但即便如此，關于其是否為研究分子的最佳工具，化學家們仍存在分歧。未來，隨著科技的進步，我們期待能開發出更直觀、更精確的分子模型，以進一步揭示分子結構的奧秘。
環境如何影響人類基因？

以前的生物學觀點認為，你體內的基因決定了你是誰。現今在“你是誰”這個問題上，你使用了哪些基因，與你攜帶了哪些基因同樣重要。這個問題的核心依舊是化學問題，也是世界十大化學難題之一。染色質和表觀遺傳學的深入研究讓我們更深入地理解基因表達的奧秘。環境因素可以通過化學修飾影響基因的表達，這種影響在細胞分化和疾病發生中起著重要作用。
如何捕獲更多太陽能？

其實太陽為地球提供了無盡的清潔能源，但人類對其利用尚淺。高成本是太陽能技術普及的主要障礙，而科研人員正積極探索降低成本并提高效率的方法。那么如何才能捕獲更多太陽能為我們所用呢？目前它仍是世界未解化學難題。不過相信在未來的太陽能技術中，它將會是一個重要的研究方向和應用領域。
制造生物燃料的最佳途徑？

除了通過直接采集太陽光的方法來制造燃料，我們還有別的途徑利用太陽能嗎？我們可以利用植物將太陽能儲存為燃料。生物燃料的話，就威脅著糧食供應，尤其是在發展中國家。因而，將糧食轉變為能源，也許并不是最好的辦法。此外，生物質的液化轉化也是研究方向之一，以方便快捷地通過管道運輸。然而催化轉化需要原材料極度純凈，這也是橫亙在化學家面前的一大難題。
能實時監測自身的化學變化嗎？

隨著科學的進步，化學家們不再滿足于僅僅構建分子，他們還希望與分子進行交流：即在活細胞與傳統計算機之間搭起一座橋梁，并通過光纖來傳遞這些信息。一些化學家預見，在未來，傳感器能夠連續不斷、靜悄悄地監視著與人的健康、疾病有關的各種生物化學反應。這或許能夠為手術中的外科醫生或者輸送治療藥物的自動化系統提供實時數據和信息。這些未來的應用都依賴于化學技術的進步，而這些化學技術能夠選擇性地感知特定物質和化學信號，甚至在監測對象的濃度處于非常微小的數量級時也能辦到。不過目前能實時監測自身的化學變化，仍然是化學十大難題。
碳元素可以造出電腦嗎？

如果電腦芯片能用石墨烯來制造，那么，未來的電腦將比現在的硅芯片電腦運行速度更快，性能更加強勁。石墨烯作為一種單層網狀結構材料，具有超微小、廉價、堅固穩定的特性，被寄予厚望于計算機工業中。科學家們正在努力探索如何將石墨烯應用到計算機芯片中，以期制造出更強大的新一代計算機。其中碳納米管的管壁由呈六邊形整齊連接的碳原子構成，就像是把單層石墨材料卷了起來。不過，目前碳納米管還未有成功的商業應用，那么碳元素是否真得能造出電腦還有待驗證。
能研制出全新類型的藥物嗎？

這個問題也是世界未解化學難題之一。化學的核心就是實用與創新：制造出各種分子，這樣才能夠開發出新材料來構建萬物，或者研制出新型抗生素，戰勝不斷出現、不斷變強的耐藥菌。20世紀90年代，化學家曾對“組合化學”寄予厚望：利用一些基本構建單元，隨機組裝出成千上萬的新分子，然后再篩選出需要的分子。這種方法一度被認為是藥物化學的未來，如今它的光環卻已漸漸消退。不過，如果化學家能合成足夠多的分子類型，然后找到理想的方法，從中篩選出需要的那幾種，組合化學就有可能迎來第二春。

世界十大未解化學難題榜單，CNpp小編主要依據其在化學界的知名度、影響力、涉及行業/方向、社會評論、網絡指數等多項指標，并綜合參考互聯網相關排行榜進行總結。榜單僅供參考，數據截至2024年1月18日，如有疑問，歡迎在末尾評論/交流。

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