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AI做出四大顶刊级研究,数学家们为什么不安?

核心内容总结

80年前,数学家埃尔德什提出了一个看似简单的问题:平面上放n个点,最多能有多少对距离刚好是1厘米(单位距离)?他猜想这个数量的增长速度接近n(几乎线性,比如n乘以一个慢慢变小的数),不会超过n的1.01次方这类“几乎线性”的范围。今年5月,OpenAI的通用AI模型(不是专门训练的数学工具)借助复杂的代数数论方法,推翻了这个猜想——证明存在一个小正数δ(比如0.014),单位距离点对的数量能达到n^(1+δ),增长速度比埃尔德什预测的快。这是AI首次在重大数学猜想上取得突破,由竞赛传奇出身的陈立杰主导梳理成人类可读的证明,引发了关于AI是否会颠覆数学研究的讨论。

一、埃尔德什的猜想:平面上最多能有多少对“1厘米距离”的点?

想象你在纸上画n个点,想让尽可能多的点对之间距离刚好是1厘米。埃尔德什的问题就是:这个“最多”到底有多少?

  • 最简单的情况:一个中心点,周围n-1个点都在半径1厘米的圆上,这样就有n-1对单位距离(中心到每个点)。
  • 但如果想更多呢?比如棋盘格(整数网格),每个点周围有几个邻居距离是1厘米,但平面几何限制了——最多3个点能两两等距(正三角形),所以不可能所有点都两两1厘米。

埃尔德什猜:这个数量的增长速度是n^(1+o(1)),意思是比n快一点,但不会快太多(比如不会像n²那样爆炸)。这个猜想困扰了数学家80年。

二、AI的奇招:用高维数学“绕开”平面限制

人类之前尝试用2维网格(比如棋盘)来构造最多单位距离点对,但AI走了一条人类几乎没试过的路:

1. 跳向高维数域:人类用的是普通整数(2维),AI用了更复杂的“高维数字系统”(代数数域)。在这些系统里,一个数能分解成更多因子,就像把一个苹果切成更多块,能组合出更多相同距离的点对。

2. 平衡代数与几何:高维的点直接放到2维平面会挤成一团(比如把3D铁丝拍扁到墙上,交点会密密麻麻),AI用了“无限扩张的数域塔”(类域论+戈洛德-沙法列维奇定理),既保证高维里能产生足够多的单位距离点对,又控制投影到2维时的密度,不让点挤在一起。

结果:AI证明单位距离点对的数量能达到n^(1+0.014),直接推翻了埃尔德什的猜想。

三、里程碑意义:通用AI首次攻克重大数学猜想

这个成果的震撼之处在于:

  • 不是专门工具:AI是通用模型(面向所有任务),不是为数学单独训练的,也没有用特殊提示或工具引导。
  • 得到顶级认可:菲尔兹奖得主高尔斯说,这篇AI证明如果是人类写的,能直接发表在数学顶刊《数学年刊》(当年证明费马大定理的地方)。
  • 突破“直觉”壁垒:数学猜想需要构造性思维(想出新方法),之前大家认为这是人类独有的直觉,但AI做到了——它不仅能算题,还能“创造”新的证明思路。

四、幕后功臣:竞赛传奇陈立杰的关键作用

这次突破的背后有个中国面孔:陈立杰。

  • 竞赛传奇:16岁拿信息学奥赛金牌,18岁以世界第一获IOI金牌,清华出身,MIT博士。
  • AI与数学的桥梁:他今年初加入OpenAI,主导把AI的证明梳理成人类能看懂的形式(AI的原始思维链有125页)。他说:“我没想到5个月就有重大突破。”

他的存在说明:AI的成果需要人类专家来“翻译”和验证,人机协作是当前数学突破的重要模式。

五、AI vs 人类数学:是助手还是替代者?

这个突破引发了激烈讨论:

  • AI的优势:能处理人类难以想象的高维数学,试错成本低,组合现有工具的能力超强。有人甚至说:“人类大脑可能不是做高等数学的最优配置。”
  • AI的局限:还不会提出新的研究方向,不会创造新理论(比如像埃尔德什那样提出猜想),只能组合已有的数学工具。
  • 莫拉维克悖论的体现:数学对人类难,但对AI相对容易;而像烹饪、走路这种人类觉得简单的事,AI反而做不好。

目前的共识是:AI是强大的助手,但还没到替代人类数学家的地步——人类的“品味”“好奇心”和“提出新问题”的能力,暂时还是AI无法替代的。

结语

AI推翻埃尔德什猜想,不是终点而是起点。它让我们重新思考:数学到底是不是人类智能的最后堡垒?未来,AI和人类数学家的协作,可能会带来更多以前想都不敢想的突破。但至少现在,人类依然是数学研究的“灵魂”——AI负责“计算和构造”,人类负责“方向和创意”。