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AI能写出数学证明,数学家会被取代吗?答案远比想象复杂

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10月6日,美国OpenAI公开了一批由内部前沿模型产生的数学研究成果。其中,编号074的一组成果格外引人关注,涉及三维挂谷极大函数猜想,以及四维挂谷集合的豪斯多夫维数猜想。后一个结论说的是,在四维空间里,只要一个集合包含每个方向的一条单位线段,它的豪斯多夫维数就必须等于4。

如果这份证明最终经受住独立核验,它将是挂谷研究的又一次重大突破,也会成为观察AI科研能力的重要案例。

把一根针放在桌面上,固定中点,让它转一圈,针扫过的区域就是一个圆。针可以转动,也可以平移。只要始终留在规定区域内,怎样移动都可以。那么,能不能找到一个面积更小的区域,让它完成一整圈旋转?



1917年,挂谷宗一提出了这个问题。这里的针是理想化的单位线段,没有实际粗细。通过巧妙安排线段的重叠方式,人们可以让允许针连续旋转的区域面积任意小。给定一个很小的正数,还能构造出面积比它更小的区域。

所谓任意小,就是没有一个正的面积下限。原来那个看似牢靠的圆,离最省面积的安排还差得很远。

现代挂谷集合问题又往前走了一步,它要求集合里存在每个方向的一条单位线段,但不要求这些线段能通过针的连续运动连接起来。每个方向都能放下一根针,与一根针能在里面连续转一圈,要求并不相同。



神奇的是,包含所有方向线段的集合,甚至可以具有零面积。它并非空无一物,里面有无穷多个点,也有完整的线段,只是普通面积已经不足以描述它的大小。于是,数学家换了一种衡量方式。

线段是一维,平面区域是二维,立体空间是三维。当对象变成不断细分、处处留空的复杂集合,维数就不一定是整数。某些分形既不像普通线条,也不像完整平面,需要更精细的工具描述。



豪斯多夫维数就是其中一种,可以粗略想象,拿越来越小的圆或球去覆盖一个集合,观察覆盖它需要付出怎样的代价。随着尺度缩小,覆盖数量和大小之间的关系,会暴露这个集合的结构有多复杂。

面积为零,不等于维数为零。一个集合即使没有普通意义上的面积,也可能仍然具有二维结构的复杂程度。挂谷集合可以把不同方向的线段安排得高度重叠,省掉大量面积,但所有方向必须同时存在,又对这种压缩施加了限制。



挂谷维数猜想认为,在几维欧氏空间中,包含所有方向单位线段的集合,就必须具有几维的豪斯多夫维数。二维是2,三维是3,四维是4。2025年,王虹和约书亚·扎尔公布了三维挂谷集合猜想的证明,说明三维空间里的这类集合,必须具有完整的三维维数,我国数学家王虹也因此获得了2026年菲尔兹奖。

OpenAI这次公布的四维证明稿,它声称证明的是无论怎样安排那些线段,怎样利用重叠来压缩集合,豪斯多夫维数都不能降到4以下。

为什么这条消息,比AI做对一道高考数学题更值得关注?

因为高考题、竞赛题,通常已有明确答案。出题者知道怎样解,评卷者知道怎样判断。AI答对了,说明它能够完成相应难度的推理。

尚未解决的数学问题,则没有现成的标准答案。研究者可能尝试很多方法,最后发现都走不通。也可能花费很长时间,只把原来的结论推进一点。如果AI能够给出正确的新证明,它就参与了知识的创造,这会改变我们对AI能力的评价。



人们过去常把AI理解成一个特别会整理资料的工具,问它什么,它就从已经学过的知识中组织回答。但如果AI能够完成新的证明,意味着它把已有知识用于一个尚未解决的问题,并产生了新的结果。

OpenAI说这批成果平均每项使用的计算量,大致相当于内部模型进行3小时ChatGPT Pro思考。这个数字是整批成果的平均等效计算投入,不能直接说成四维挂谷问题只用了3小时。

如果AI持续展现可靠的研究能力,一部分科研工作确实可能发生变化。原来需要反复尝试的路线,有机会更快得到筛选。原来研究者难以同时处理的多个方向,也可能获得更多探索。



但一项数学研究,不是写出证明就行。研究什么问题,为什么这个问题重要,与哪些已有成果有关,结论成立后还能追问什么,研究过程中又会发明怎样新的数学工具,都需要人的判断。

科研也是如此,如果一份证明没人理解它的核心思想,其他研究者就很难把它用于新的问题。能够检查、解释并发展这些思想,本身就是重要的研究工作。



人类数学家的贡献也不会因为后续出现AI成果就消失,已经建立的概念、方法和结论,构成了后续研究的基础。三维挂谷的突破有自己的价值,四维出现新进展,也不会把三维研究变成白做。

这次事件一个重要的意义是AI的能力边界正在接受新的检验。如果它能够可靠地处理某些尚未解决的问题,未来的科研流程就可能改变。研究者可以把更多时间用于重要问题的选择、结果的理解,以及新方向的探索。

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