十大前沿科學問題

1 流形的拓撲和幾何分類

流形的分類問題是數(shù)學研究領域的一個核心問題，長期以來也是基礎數(shù)學研究的驅動力。研究流形的拓撲和幾何分類問題意味對不同類型的空間進行全面、系統(tǒng)的了解，理解其內在結構和性質。這類問題的任何重要進展不僅可以為物理學中的廣義相對論、量子力學等理論，以及其他科學分支提供新的數(shù)學基礎，深化我們對空間、物質結構等的深入理解，也可為數(shù)學中的拓撲學、幾何學，以及其他重要問題提供新的視角和工具。

2 希格斯粒子性質和質量起源

CEPC（環(huán)形正負電子對撞機）項目瞄準標準模型的核心，對質量起源以及超出標準模型的新物理信號進行高精度、多方位的探索。CEPC建成后，將無可爭議地成為國際高能粒子物理實驗的最前沿陣地，很有可能取得國際矚目的重大突破。CEPC將在低溫、超導、高頻、微波功率源、電子學與自動控制等一批關鍵技術領域大幅提升自主創(chuàng)新能力，對工藝新技術的發(fā)展、大規(guī)模工業(yè)制造將起到巨大的推動作用。

3 準金屬替代過渡金屬用于精準合成與催化反應的可行性研究

準金屬替代過渡金屬實現(xiàn)精準化學合成，將重塑科學認知邊界，打破傳統(tǒng)過渡金屬催化的思維定式，開辟化學合成新理論與方法體系。社會層面，它驅動綠色化學發(fā)展，降低環(huán)境污染與資源依賴。科技上，帶動多學科交叉創(chuàng)新；經(jīng)濟上，大幅削減生產(chǎn)成本，催生新興產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造巨大經(jīng)濟價值。這一突破將推動藥物研發(fā)、材料革新，改善醫(yī)療與生活質量，助力可持續(xù)發(fā)展，引領化學合成邁向更高效、綠色、智能的新時代。

4臺風路徑異常與強度突變

臺風生成及生成之后的強度、結構和路徑之間的相互作用機制是臺風研究的熱點，也是全球臺風研究和預報長期存在的難點和挑戰(zhàn)。本問題突破后，科學上將深化對臺風生成、臺風強度、結構變化和異常路徑的多尺度物理機制的理解，建立臺風預報的理論及方法；技術上將提高臺風異常路徑的預報能力，改進臺風強度變化的預測準確度，強化臺風精細結構的預報水平，提升氣候變化背景下臺風活動的預測能力。

5 宏觀生態(tài)系統(tǒng)空間格局形成機理與系統(tǒng)間相互作用機制

宏觀生態(tài)系統(tǒng)空間格局形成機理與系統(tǒng)間相互作用機制的理論研究，有助于準確理解生態(tài)空間結構的區(qū)域性、完整性、連續(xù)性和層級性特征；科學建立生態(tài)空間退化格局識別、生態(tài)狀況動態(tài)與風險預警、生態(tài)多功能性權衡協(xié)調、多目標協(xié)同的時空耦合范式；有效解決區(qū)域生態(tài)多目標統(tǒng)籌、可持續(xù)性、多尺度級聯(lián)、生態(tài)功能與空間布局優(yōu)化的技術難題，是建立全域生態(tài)空間結構調整和空間布局優(yōu)化系統(tǒng)解決方案。

6 基于密碼學視角的人工智能安全新理論和防護體系

人工智能領域面臨統(tǒng)籌發(fā)展和安全的難題。2025年4月25日，習近平總書記在中共中央政治局第二十次集體學習時指出“確保人工智能安全、可靠、可控”。基于密碼學的人工智能安全新理論不僅解決人工智能安全的數(shù)學可解釋性，實現(xiàn)人工智能安全體系化測評與評估，而且推動人工智能安全從經(jīng)驗性防御向數(shù)學可驗證安全范式躍遷，實現(xiàn)人工智能高安全水平下的高質量發(fā)展。

7 多維度、可重構超分子機器組裝

該問題的突破將在科學層面構建可逆、可重構的組裝體系，從“分子合成導向”轉向“功能組裝導向”形成超分子機器專用表征體系；在技術革新層面，微/納

機器人的集群行為控制為分子機器提供設計范式，使得超分子機器有望成為繼芯片、人工智能后的下一代技術制高點，推動社會向智能化、可持續(xù)化方向深度轉型

8 暗能量與哈勃常數(shù)危機

哈勃常數(shù)危機的解決與暗能量動力學本質的揭示，必將引發(fā)對宇宙起源、演化以及基礎物理定律的全新認知與深人反思，有望在物理學與天文學交叉領域催生突破性理論變革，重塑科學范式。推動該問題的研究突破將帶動我國大規(guī)模巡天望遠鏡技術、精密測量儀器與高性能計算平臺的自主創(chuàng)新發(fā)展，極大提升基礎科學研究能力，并顯著促進相關技術在遙感測繪、精密光學制造、數(shù)據(jù)科學等關鍵產(chǎn)業(yè)領域的廣泛應用。

9 作物野生近緣種在提升栽培種抗逆特性的育種潛力

野生近緣種在改良栽培種抗逆性方面的成功利性與產(chǎn)量，為應對氣候變化、保障糧食安全提供核心用，將顯著推動對作物進化、基因功能與復雜性狀調科技支撐。經(jīng)濟上，可減少農(nóng)藥、灌溉等投入，降低控機制的科學認知，深化對自然選擇與馴化過程的理生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)效益。社會上，有助于推動綠色解。在實踐層面，這將提升作物在逆境條件下的穩(wěn)定農(nóng)業(yè)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境、促進可持續(xù)農(nóng)業(yè)轉型。

10 人體微生態(tài)與宿主的交互調控機制

人體微生態(tài)與宿主的交互調控研究正在重塑生命科學的基礎認知框架。這一領域揭示了生物體與共生微生物之間復雜的協(xié)同進化關系，為理解生命系統(tǒng)的組織原則提供了全新視角。研究發(fā)現(xiàn)，宿主與微生物群落通過多層次的分子對話形成動態(tài)平衡網(wǎng)絡，這種跨物種互作機制展現(xiàn)了生命調控的復雜性和精巧性。該研究不僅拓展了傳統(tǒng)生理學的認知邊界，更推動了系統(tǒng)生物學、進化生物學等基礎學科的發(fā)展。