說起化學(xué)界最著名的難題，Maigoo小編想到了“生命從何而來？”這個(gè)問題。生命起源是一個(gè)深?yuàn)W且充滿挑戰(zhàn)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(xué)家們不斷探索，試圖解開生命起源之謎，但這個(gè)問題的答案至今仍然是一個(gè)未解之謎。于生命起源，要解決的2個(gè)首要問題，一是：那些相對(duì)簡(jiǎn)單的分子，最初如何從“原始湯”里創(chuàng)生出來，并形成越來越復(fù)雜的化合物？二是：這些化合物又如何開始進(jìn)行能量代謝，并完成自我復(fù)制？在分子水平上，所有這些步驟都是化學(xué)反應(yīng)，也正因?yàn)槿绱耍吧鼜暮味鴣怼背闪艘粋€(gè)化學(xué)問題。

大腦如化學(xué)計(jì)算機(jī)，神經(jīng)元之間相互作用所構(gòu)成的“環(huán)路”是通過分子介導(dǎo)的。而神經(jīng)遞質(zhì)在突觸傳遞信息中，就形成記憶。NMDA受體對(duì)陳述性記憶至關(guān)重要，激活后引發(fā)系列反應(yīng)，增強(qiáng)神經(jīng)元連接，此即“長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)”（LTP）。同時(shí)，prion蛋白的兩種構(gòu)象在記憶中起關(guān)鍵作用，其不可溶形態(tài)可促使其他分子轉(zhuǎn)變，聚集并標(biāo)記突觸，鞏固記憶。盡管有所發(fā)現(xiàn)，但記憶機(jī)制仍存諸多未知，如記憶提取、記憶增強(qiáng)藥等。未來研究將深化我們對(duì)大腦的理解，為治療提供更多可能。

課本上的元素周期一直都在不停地修訂，這是因?yàn)槿祟惏l(fā)現(xiàn)的元素?cái)?shù)量在不停增長(zhǎng)。目前為止共有118種元素被發(fā)現(xiàn)，其中94種存在于地球上。然而，這個(gè)數(shù)字并不是最終的答案，因?yàn)榭茖W(xué)家們?nèi)栽诓粩嗵剿餍碌脑?。那么，究竟有多少種元素呢？這個(gè)問題依舊是化學(xué)未解之謎。

化學(xué)未解之謎有哪些？“分子如何形成”這個(gè)問題就屬于現(xiàn)階段的化學(xué)未解之謎。高中化學(xué)課本中的分子結(jié)構(gòu)模型，是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)。然而，這些經(jīng)典的“球棍模型”已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化學(xué)研究的需要。在尋求更精確的分子模型時(shí)，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(guān)于其是否為研究分子的最佳工具，化學(xué)家們?nèi)源嬖诜制纭Ｎ磥?，隨著科技的進(jìn)步，我們期待能開發(fā)出更直觀、更精確的分子模型，以進(jìn)一步揭示分子結(jié)構(gòu)的奧秘。

以前的生物學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，你體內(nèi)的基因決定了你是誰?，F(xiàn)今在“你是誰”這個(gè)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(gè)問題的核心依舊是化學(xué)問題，也是世界十大化學(xué)難題之一。染色質(zhì)和表觀遺傳學(xué)的深入研究讓我們更深入地理解基因表達(dá)的奧秘。環(huán)境因素可以通過化學(xué)修飾影響基因的表達(dá)，這種影響在細(xì)胞分化和疾病發(fā)生中起著重要作用。

其實(shí)太陽為地球提供了無盡的清潔能源，但人類對(duì)其利用尚淺。高成本是太陽能技術(shù)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(xué)難題。不過相信在未來的太陽能技術(shù)中，它將會(huì)是一個(gè)重要的研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域。

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(chǔ)存為燃料。生物燃料的話，就威脅著糧食供應(yīng)，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。因而，將糧食轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉矗苍S并不是最好的辦法。此外，生物質(zhì)的液化轉(zhuǎn)化也是研究方向之一，以方便快捷地通過管道運(yùn)輸。然而催化轉(zhuǎn)化需要原材料極度純凈，這也是橫亙?cè)诨瘜W(xué)家面前的一大難題。

隨著科學(xué)的進(jìn)步，化學(xué)家們不再滿足于僅僅構(gòu)建分子，他們還希望與分子進(jìn)行交流：即在活細(xì)胞與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)之間搭起一座橋梁，并通過光纖來傳遞這些信息。一些化學(xué)家預(yù)見，在未來，傳感器能夠連續(xù)不斷、靜悄悄地監(jiān)視著與人的健康、疾病有關(guān)的各種生物化學(xué)反應(yīng)。這或許能夠?yàn)槭中g(shù)中的外科醫(yī)生或者輸送治療藥物的自動(dòng)化系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息。這些未來的應(yīng)用都依賴于化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，而這些化學(xué)技術(shù)能夠選擇性地感知特定物質(zhì)和化學(xué)信號(hào)，甚至在監(jiān)測(cè)對(duì)象的濃度處于非常微小的數(shù)量級(jí)時(shí)也能辦到。不過目前能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的化學(xué)變化，仍然是化學(xué)十大難題。

如果電腦芯片能用石墨烯來制造，那么，未來的電腦將比現(xiàn)在的硅芯片電腦運(yùn)行速度更快，性能更加強(qiáng)勁。石墨烯作為一種單層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，具有超微小、廉價(jià)、堅(jiān)固穩(wěn)定的特性，被寄予厚望于計(jì)算機(jī)工業(yè)中?？茖W(xué)家們正在努力探索如何將石墨烯應(yīng)用到計(jì)算機(jī)芯片中，以期制造出更強(qiáng)大的新一代計(jì)算機(jī)。其中碳納米管的管壁由呈六邊形整齊連接的碳原子構(gòu)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(yè)應(yīng)用，那么碳元素是否真得能造出電腦還有待驗(yàn)證。

這個(gè)問題也是世界未解化學(xué)難題之一?；瘜W(xué)的核心就是實(shí)用與創(chuàng)新：制造出各種分子，這樣才能夠開發(fā)出新材料來構(gòu)建萬物，或者研制出新型抗生素，戰(zhàn)勝不斷出現(xiàn)、不斷變強(qiáng)的耐藥菌。20世紀(jì)90年代，化學(xué)家曾對(duì)“組合化學(xué)”寄予厚望：利用一些基本構(gòu)建單元，隨機(jī)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(rèn)為是藥物化學(xué)的未來，如今它的光環(huán)卻已漸漸消退。不過，如果化學(xué)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(xué)就有可能迎來第二春。