目前，全球面临着许多共同的挑战，这些相互交叠的问题催生出了一系列相互关联的技术方法。《科学美国人》联合世界经济论坛，评选出了2021年全球十大新兴技术。这份榜单包含了让作物自制肥料、用呼吸检测疾病、就地取材3D打印房屋和天基物联网等极具前景的技术创新。
天文学家推测银河系将在50亿年后与仙女座星系碰撞。但这并非严格意义上的碰撞，因为星系中大部分空间都空无一物，星系中大部分恒星也仅会擦肩而过。两个星系中心的黑洞会合并，释放强大的引力波。在这个过程中，太阳可能会被抛到星系际空间，也可能成为新星系中一颗不起眼的恒星。
数量庞大、空间结构各异的蛋白质，是生物能实现复杂生命活动的基础。为了破解生物体内蛋白质的结构，科学家一直在寻求突破。2020年，人工智能算法AlphaFold2率先打破局面。它仅基于氨基酸序列，就能准确预测人体几乎所有蛋白质的空间结构。随着AlphaFold2的算法开放源代码，它给生命科学、医学等领域带来的变化，也非常值得期待。
1859年的卡林顿事件是有观测记录以来人类经历过的最剧烈的一次太阳风暴，然而历史上的太阳风暴可以比它强数十甚至数百倍。科学家发现，在过去一万年里地球至少受到了三次超级太阳风暴的冲击。这些超级太阳风暴可能来自万年一遇的“超级耀斑”。如果今天地球被这样的超级太阳风暴击中，全球联网的社会将受到毁灭性的破坏，所有电子数据都可能被抹去。
如果不得不舍弃一种感觉，很多人的选择都会是嗅觉。但实际上，嗅觉是最容易激起人们回忆的一种感觉。嗅觉的底层机制和其他感觉有较大差异。对同一种气味，人和人的感觉可能大相径庭。嗅觉甚至比视觉还要复杂。虽然嗅觉是神经科学领域最早研究的感觉，食品工业也极大促进了嗅觉研究的发展，但科学家在试图人造嗅觉系统时，却面临着极大的困难。
对单细胞生命来说，演化成为多细胞生命看起来并没有什么优势：体细胞必须放弃自己的繁殖机会，转而给整个个体提供支持。是什么因素使生命不止一次地选择了多细胞的生命形式？为了回答这个问题，研究者试图重现多细胞生命的诞生过程。在短短两年时间内，实验室内的单细胞酵母菌演化出了多细胞团，也展现出了很多让人深思的特征。
原本笨拙的摄像机正在开始变得聪明。当摄像机和AI算法结合后，它不仅能记录信息，还能对这些信息做出判断。这项被称作情感AI的技术正在被用于识别情感、性格、意图等无形的信息，但分析的准确性受到了一些质疑。表情是否是人类通用的情感语言？构建数据集时的偏见又会如何影响算法？
160多年前，达尔文的《物种起源》横空出世，奠定了生物演化理论的根基。此后，群体遗传学、中性演化等理论上的突破，一次次地修正和扩展了演化理论。然而，随着生物学快速发展，生物学家认为当前的演化理论依然无法充分解释新的发现；遗传信息如何传递、如何决定生物的性状等难题，依然在不断挑战着这套久经考验的理论。部分学者甚至呼吁从根本上修改和扩展演化理论。达尔文的理论真的已经不适用了吗？
从冯·布劳恩在20世纪50年代提出空间站的设想以来，这个想法所面临的挑战几乎等同于整个科学界、工业界所面临的最前沿的挑战，此外，它还会严重影响社会资源分配的问题。当火热的登月计划逐渐慢下来以后，科学家才有机会分出一些精力和资源去尝试改造火箭，让它成为初代的人造空间站。在“天空实验室”的短暂成功让科学家看到希望后，航天飞机的设计又被提上日程，促成“国际空间站”的跨国大合作也开始加速推进。