以下是综合多个权威来源（如《Science》杂志、中国科协等）整理出的100个最具挑战性的科学难题的精选分类及部分代表性难题。这些问题涵盖了宇宙学、物理学、生物学、人工智能、能源科学等多个领域，反映了当前科学前沿的核心挑战：

一、宇宙与物质科学

1. 宇宙的组成与演化

（1）宇宙由什么构成？暗物质和暗能量的本质是什么？

（2）大爆炸的起因及宇宙膨胀的驱动机制？

（3）额外维度是否存在？如何通过微观引力实验验证？

（4）黑洞的本质与信息悖论。

（5）正物质为何远超反物质？

2. 基本粒子与量子理论

（6）量子引力理论如何统一广义相对论与量子力学？

（7）夸克质量之谜（夸克质量总和远小于强子质量）。

（8）中微子是否为自身的反粒子？

（9）弦理论的实验验证可能性？

3. 极端条件下的物质行为

（10）高温超导的成对机制是什么？

（11）玻璃态物质的本质。

（12）水的氢键结构与反常性质（如冰浮于水）。

（13）高能物质如何平衡稳定性与能量密度？

二、生命科学与健康

1. 生命起源与演化

（14）地球生命如何从无机物中诞生？

（15）物种多样性的决定因素？

（16）人类基因数量为何远少于预期？

2. 细胞与分子机制

（17）细胞如何协调复杂的功能网络？

（18）蛋白质折叠与功能的预测方法？

（19）干细胞如何控制器官再生？

3. 大脑与认知

（20）意识的生物学基础是什么？

（21）记忆如何存储与提取？

（22）睡眠与梦的功能机制。

4. 疾病与医学

（23）癌症的免疫控制是否比治愈更可行？

（24）阿尔茨海默症的治疗突破点？

（25）有效HIV疫苗的研发难点？

三、地球与环境科学

1. 地球系统与气候变化

（26）冰期的触发机制与未来气候预测。

（27）极端天气事件与大型基础设施的气候适应性。

（28）温室效应下地球温度的极限？

2. 能源与可持续发展

（29）核聚变能否成为未来能源主力？

（30）化石燃料替代方案的时间表？

（31）数据中心余热的高效利用技术。

3. 地外生命与行星科学

（32）太阳系外行星大气成分与生命迹象探测。

（33）火星长期居住的技术障碍？

四、人工智能与信息科学

1. AI的极限与伦理

（34）传统计算的极限与量子计算的实现路径。

（35）通用人工智能的伦理风险（如信息茧房、算法歧视）。

（36）量子人工智能能否模拟人脑？

2. 数据与模型挑战

（37）高精度科学模拟（如体相水力场）的AI加速。

（38）车路云一体化自动驾驶的系统优化。

五、数学与工程难题

1. 数学猜想与方程

（39）黎曼猜想与质数分布规律。

（40）Navier-Stokes方程的解是否存在？

2. 工程技术突破

（41）极寒地区基础设施的混凝土与钢结构施工。

（42）百米级水深桥梁基础的建造技术。

六、交叉科学与哲学问题

（43）生命的独特性：地球人类是否宇宙中唯一智慧生命？

（44）时间的方向性：为何时间似乎单向流动？

（45）道德与文化的起源：大脑如何建立道德观念？语言与音乐的演化根源？

七、完整列表与扩展

上述问题仅为代表性难题的提炼，完整列表可参考《Science》发布的125个科学问题（涵盖生命科学46%、物质科学14%、宇宙学16%等），以及中国科协发布的工程技术难题（如量子-经典计算融合、高能物质创制等）。如需进一步探索，可查阅相关来源获取详细分类与描述。