重磅发布！2025 十大前沿科学问题剖析
添加时间：2025-07-09 点击次数：550
7 月 6 日，在第二十七届中国科协年会主论坛上，中国科协发布了 2025 重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。
01
流形的拓扑和几何分类图片
研究流形的数学结构，为广义相对论、量子力学等提供新数学基础，
推动拓扑学和几何学发展。
流形的分类问题在数学研究领域占据着核心地位，长久以来一直是基础数学研究的重要驱动力。从局部来看，流形类似于欧几里得空间，并且在数学、物理、工程学等诸多领域有着广泛的应用。对流形的拓扑和几何分类展开研究，其意义在于能够全面、系统地认识不同类型的空间，深入理解它们的内在结构与性质。一旦在这类问题上取得重要进展，不仅能够为物理学中的广义相对论、量子力学等理论，以及其他科学分支奠定新的数学基础，助力我们更深入地理解空间和物质结构，还能为数学中的拓扑学、几何学以及其他关键问题提供全新的视角与研究工具。
02
希格斯粒子性质和质量起源图片
探索希格斯粒子的物理特性，可能揭示标准模型之外的物理规律，
推动高能物理实验。
CEPC（环形正负电子对撞机）项目聚焦于标准模型的核心部分，对质量起源以及超出标准模型的新物理信号展开高精度、全方位的探索。待 CEPC 建成后，它无疑将成为国际高能粒子物理实验的前沿阵地，极有可能取得举世瞩目的重大突破。在半个世纪的时间跨度里，CEPC 及其升级项目将使我国在高能物理实验领域处于世界领先地位。同时，CEPC 对技术发展的引领和推动作用不可估量，它将在低温、超导、高频、微波功率源、电子学与自动控制等一系列关键技术领域，大幅提升我国的自主创新能力，有力推动工艺新技术的发展以及大规模工业制造。此外，CEPC 还将带来一个国际化的科研中心，对我国的科技体制改革、创新能力提升以及人才培养等方面产生重大影响，进一步增强我国作为大国的硬实力、软实力和国际地位。
03
准金属替代过渡金属用于精准合成与催化反应图片
研究新型催化材料，降低环境污染，推动绿色化学与药物合成。
若能实现准金属替代过渡金属进行精准化学合成，这将重塑我们的科学认知边界，彻底打破传统过渡金属催化的固有思维模式，进而开辟出全新的化学合成理论与方法体系。从社会层面来看，它将有力推动绿色化学的发展，降低环境污染和对资源的依赖程度；在科技方面，能够带动多学科的交叉创新；在经济领域，可大幅削减生产成本，催生新兴产业，创造巨大的经济价值。这一突破将对药物研发、材料革新等产生积极推动作用，改善医疗水平和人们的生活质量，为可持续发展贡献力量，对推动科学进步和社会发展具有里程碑式的重要意义，引领化学合成朝着更高效、绿色、智能的方向迈进。
04
台风路径异常与强度突变图片
研究台风的多尺度物理机制，提升预报能力，
助力防灾减灾和气候变化应对。
台风生成后，其强度、结构和路径之间的相互作用机制一直是台风研究的热点话题，同时也是全球台风研究和预报工作长期面临的难点与挑战。一旦在这个问题上取得突破，从科学角度而言，将深化我们对台风生成、强度变化、结构改变以及异常路径的多尺度物理机制的理解，从而建立起更完善的台风预报理论及方法；从技术层面来说，能够提高对台风异常路径的预报能力，提升台风强度变化预测的准确度，强化对台风精细结构的预报水平，增强在气候变化背景下对台风活动的预测能力。这些突破将切实提高全球沿海和内陆地区应对台风灾害的能力，有力支撑我国防灾减灾的重大需求以及应对气候变化的战略部署，对提升海洋极端灾害的预警能力、保障我国远洋航运贸易及海洋国防安全意义重大。
05
宏观生态系统空间格局形成机理与系统间相互作用机制图片
探索生态系统动态，为全球生态治理提供理论支持。
对宏观生态系统空间格局形成机理与系统间相互作用机制展开理论研究，有助于我们准确把握生态空间结构所具有的区域性、完整性、连续性和层级性特征。能够科学地建立起生态空间退化格局识别、生态状况动态与风险预警、生态多功能性权衡协调、多目标协同的时空耦合范式。有效解决区域生态多目标统筹、可持续性、多尺度级联、生态功能与空间布局优化等技术难题，是构建全域生态空间结构调整和空间布局优化系统解决方案、保护重要生态空间以及促进区域可持续发展的重要基础。
06
基于密码学视角的人工智能安全新理论和防护体系图片
构建AI安全框架，防范算法攻击，保障智能系统可靠性。
当前，人工智能领域面临着统筹发展和安全的双重难题。2025 年 4 月 25 日，习近平总书记在中共中央政治局第二十次集体学习时强调 “确保人工智能安全、可靠、可控”。基于密码学构建的人工智能安全新理论，不仅能够解决人工智能安全在数学层面的可解释性问题，实现对人工智能安全体系化的测评与评估，还将推动人工智能安全从以往的经验性防御模式向数学可验证的安全范式转变，从而在高安全水平的基础上实现人工智能的高质量发展。
07
多维度、可重构超分子机器组装图片
研究分子自组装技术，推动纳米材料与生物医学应用。
若能在这一问题上取得突破，在科学层面，将构建起可逆、可重构的组装体系，实现从 “分子合成导向” 向 “功能组装导向” 的转变，并形成超分子机器专用的表征体系；从技术革新的角度来看，微 / 纳机器人的集群行为控制将为分子机器提供全新的设计范式，使超分子机器有望成为继芯片、人工智能之后的下一代技术制高点，有力推动社会朝着智能化、可持续化的方向深度转型。
08
暗能量与哈勃常数危机图片
探索宇宙加速膨胀机制，可能重塑现代物理学和天文学理论。
一旦成功解决哈勃常数危机，并揭示暗能量的动力学本质，这必将引发我们对宇宙起源、演化以及基础物理定律的全新认知与深刻反思，有望在物理学与天文学的交叉领域催生具有突破性的理论变革，重塑科学范式。推动该问题的研究突破，将带动我国在大规模巡天望远镜技术、精密测量仪器与高性能计算平台等方面的自主创新发展，极大地提升我国的基础科学研究能力。同时，还将显著促进相关技术在遥感测绘、精密光学制造、数据科学等关键产业领域的广泛应用，产生可观的经济社会效益。
09
作物野生近缘种在提升栽培种抗逆特性的育种潜力图片
利用野生植物基因改良农作物，增强抗病虫害和极端气候能力。
若能成功利用野生近缘种来改良栽培种的抗逆性，这将极大地推动我们对作物进化、基因功能以及复杂性状调控机制的科学认知，深化对自然选择与驯化过程的理解。在实际应用中，这将提升作物在逆境条件下的稳定性与产量，为应对气候变化、保障粮食安全提供核心科技支撑。从经济角度看，可减少农药、灌溉等方面的投入，降低生产成本，提高农业效益。在社会层面，有助于推动绿色农业发展，改善生态环境，促进可持续农业转型，提升我国在全球农业科技领域的话语权，具有深远的科技、经济和社会影响。
10
人体微生态与宿主的交互调控机制图片
研究肠道菌群等微生物与人体健康的关系，推动精准医疗发展。
人体微生态与宿主的交互调控研究正在重塑生命科学的基础认知框架。这一领域揭示了生物体与共生微生物之间复杂的协同进化关系，为我们理解生命系统的组织原则提供了全新的视角。研究发现，宿主与微生物群落通过多层次的分子对话形成动态平衡网络，这种跨物种的相互作用机制充分展现了生命调控的复杂性和精妙性。在基础理论方面，该研究不仅拓展了传统生理学的认知边界，还推动了系统生物学、进化生物学等基础学科的发展。从社会效益来看，基于微生物组的个体化营养干预和精准治疗策略能够显著降低慢性病的医疗负担，提升公共卫生防控水平，为应对全球性健康挑战提供创新解决方案。
01
流形的拓扑和几何分类图片
研究流形的数学结构，为广义相对论、量子力学等提供新数学基础，
推动拓扑学和几何学发展。
流形的分类问题在数学研究领域占据着核心地位，长久以来一直是基础数学研究的重要驱动力。从局部来看，流形类似于欧几里得空间，并且在数学、物理、工程学等诸多领域有着广泛的应用。对流形的拓扑和几何分类展开研究，其意义在于能够全面、系统地认识不同类型的空间，深入理解它们的内在结构与性质。一旦在这类问题上取得重要进展，不仅能够为物理学中的广义相对论、量子力学等理论，以及其他科学分支奠定新的数学基础，助力我们更深入地理解空间和物质结构，还能为数学中的拓扑学、几何学以及其他关键问题提供全新的视角与研究工具。
02
希格斯粒子性质和质量起源图片
探索希格斯粒子的物理特性，可能揭示标准模型之外的物理规律，
推动高能物理实验。
CEPC（环形正负电子对撞机）项目聚焦于标准模型的核心部分，对质量起源以及超出标准模型的新物理信号展开高精度、全方位的探索。待 CEPC 建成后，它无疑将成为国际高能粒子物理实验的前沿阵地，极有可能取得举世瞩目的重大突破。在半个世纪的时间跨度里，CEPC 及其升级项目将使我国在高能物理实验领域处于世界领先地位。同时，CEPC 对技术发展的引领和推动作用不可估量，它将在低温、超导、高频、微波功率源、电子学与自动控制等一系列关键技术领域，大幅提升我国的自主创新能力，有力推动工艺新技术的发展以及大规模工业制造。此外，CEPC 还将带来一个国际化的科研中心，对我国的科技体制改革、创新能力提升以及人才培养等方面产生重大影响，进一步增强我国作为大国的硬实力、软实力和国际地位。
03
准金属替代过渡金属用于精准合成与催化反应图片
研究新型催化材料，降低环境污染，推动绿色化学与药物合成。
若能实现准金属替代过渡金属进行精准化学合成，这将重塑我们的科学认知边界，彻底打破传统过渡金属催化的固有思维模式，进而开辟出全新的化学合成理论与方法体系。从社会层面来看，它将有力推动绿色化学的发展，降低环境污染和对资源的依赖程度；在科技方面，能够带动多学科的交叉创新；在经济领域，可大幅削减生产成本，催生新兴产业，创造巨大的经济价值。这一突破将对药物研发、材料革新等产生积极推动作用，改善医疗水平和人们的生活质量，为可持续发展贡献力量，对推动科学进步和社会发展具有里程碑式的重要意义，引领化学合成朝着更高效、绿色、智能的方向迈进。
04
台风路径异常与强度突变图片
研究台风的多尺度物理机制，提升预报能力，
助力防灾减灾和气候变化应对。
台风生成后，其强度、结构和路径之间的相互作用机制一直是台风研究的热点话题，同时也是全球台风研究和预报工作长期面临的难点与挑战。一旦在这个问题上取得突破，从科学角度而言，将深化我们对台风生成、强度变化、结构改变以及异常路径的多尺度物理机制的理解，从而建立起更完善的台风预报理论及方法；从技术层面来说，能够提高对台风异常路径的预报能力，提升台风强度变化预测的准确度，强化对台风精细结构的预报水平，增强在气候变化背景下对台风活动的预测能力。这些突破将切实提高全球沿海和内陆地区应对台风灾害的能力，有力支撑我国防灾减灾的重大需求以及应对气候变化的战略部署，对提升海洋极端灾害的预警能力、保障我国远洋航运贸易及海洋国防安全意义重大。
05
宏观生态系统空间格局形成机理与系统间相互作用机制图片
探索生态系统动态，为全球生态治理提供理论支持。
对宏观生态系统空间格局形成机理与系统间相互作用机制展开理论研究，有助于我们准确把握生态空间结构所具有的区域性、完整性、连续性和层级性特征。能够科学地建立起生态空间退化格局识别、生态状况动态与风险预警、生态多功能性权衡协调、多目标协同的时空耦合范式。有效解决区域生态多目标统筹、可持续性、多尺度级联、生态功能与空间布局优化等技术难题，是构建全域生态空间结构调整和空间布局优化系统解决方案、保护重要生态空间以及促进区域可持续发展的重要基础。
06
基于密码学视角的人工智能安全新理论和防护体系图片
构建AI安全框架，防范算法攻击，保障智能系统可靠性。
当前，人工智能领域面临着统筹发展和安全的双重难题。2025 年 4 月 25 日，习近平总书记在中共中央政治局第二十次集体学习时强调 “确保人工智能安全、可靠、可控”。基于密码学构建的人工智能安全新理论，不仅能够解决人工智能安全在数学层面的可解释性问题，实现对人工智能安全体系化的测评与评估，还将推动人工智能安全从以往的经验性防御模式向数学可验证的安全范式转变，从而在高安全水平的基础上实现人工智能的高质量发展。
07
多维度、可重构超分子机器组装图片
研究分子自组装技术，推动纳米材料与生物医学应用。
若能在这一问题上取得突破，在科学层面，将构建起可逆、可重构的组装体系，实现从 “分子合成导向” 向 “功能组装导向” 的转变，并形成超分子机器专用的表征体系；从技术革新的角度来看，微 / 纳机器人的集群行为控制将为分子机器提供全新的设计范式，使超分子机器有望成为继芯片、人工智能之后的下一代技术制高点，有力推动社会朝着智能化、可持续化的方向深度转型。
08
暗能量与哈勃常数危机图片
探索宇宙加速膨胀机制，可能重塑现代物理学和天文学理论。
一旦成功解决哈勃常数危机，并揭示暗能量的动力学本质，这必将引发我们对宇宙起源、演化以及基础物理定律的全新认知与深刻反思，有望在物理学与天文学的交叉领域催生具有突破性的理论变革，重塑科学范式。推动该问题的研究突破，将带动我国在大规模巡天望远镜技术、精密测量仪器与高性能计算平台等方面的自主创新发展，极大地提升我国的基础科学研究能力。同时，还将显著促进相关技术在遥感测绘、精密光学制造、数据科学等关键产业领域的广泛应用，产生可观的经济社会效益。
09
作物野生近缘种在提升栽培种抗逆特性的育种潜力图片
利用野生植物基因改良农作物，增强抗病虫害和极端气候能力。
若能成功利用野生近缘种来改良栽培种的抗逆性，这将极大地推动我们对作物进化、基因功能以及复杂性状调控机制的科学认知，深化对自然选择与驯化过程的理解。在实际应用中，这将提升作物在逆境条件下的稳定性与产量，为应对气候变化、保障粮食安全提供核心科技支撑。从经济角度看，可减少农药、灌溉等方面的投入，降低生产成本，提高农业效益。在社会层面，有助于推动绿色农业发展，改善生态环境，促进可持续农业转型，提升我国在全球农业科技领域的话语权，具有深远的科技、经济和社会影响。
10
人体微生态与宿主的交互调控机制图片
研究肠道菌群等微生物与人体健康的关系，推动精准医疗发展。
人体微生态与宿主的交互调控研究正在重塑生命科学的基础认知框架。这一领域揭示了生物体与共生微生物之间复杂的协同进化关系，为我们理解生命系统的组织原则提供了全新的视角。研究发现，宿主与微生物群落通过多层次的分子对话形成动态平衡网络，这种跨物种的相互作用机制充分展现了生命调控的复杂性和精妙性。在基础理论方面，该研究不仅拓展了传统生理学的认知边界，还推动了系统生物学、进化生物学等基础学科的发展。从社会效益来看，基于微生物组的个体化营养干预和精准治疗策略能够显著降低慢性病的医疗负担，提升公共卫生防控水平，为应对全球性健康挑战提供创新解决方案。