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王的猜想,刚刚扩展到四维

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听雨 发自 凹非寺
量子位 | 公众号QbitAI

今年7月,王虹、邓煜在费城国际数学家大会上拿下菲尔兹奖。

消息刷屏那几天,Anthropic员工Alek Dimitriev在X上发了一句:

这届菲尔兹奖,将是人类最后一次拿到这个奖。



往届得主Timothy Gowers跟帖,说自己也有过类似的想法。

不过这个过程有滞后,所以我想他们大概能撑到2030年。



谁能想到…Gowers你可能还是乐观了。

10月7日,OpenAI一口气放出了722篇数学手稿,论文和部分Lean证明全部上传Github。

其中编号074的一组只有两篇,正是王虹拿奖的那个方向:挂谷猜想。



一篇声称证明了三维挂谷极大函数猜想,比王虹和Zahl证明的版本更强。

另一篇声称证明了四维挂谷猜想。

两篇手稿加起来272页,作者栏只有一个词:OpenAI。

王虹与Joshua Zahl刚解决三维挂谷集维数猜想,AI便把相关结果推到了四维。

难道…今年这届菲尔兹奖,真的是人类数学的最后一届么?

OpenAI的两篇挂谷论文,具体做了什么?

1917年,日本数学家挂谷宗一提了个问题:在平面上让一根长度为1的针掉头转一圈,最少需要多大的面积?



△挂谷问题的示意图

Besicovitch给出了一个反直觉的答案:面积可以任意小。更离谱的是,一个集合可以在每个方向上都装下一根单位长的针,面积却是零。

面积靠不住,数学家就换了把尺子,用「维数」来量。

这里的「维数」不只是长、宽、高的日常概念。对于这种形状极不规则的集合,数学家会用Hausdorff维数、Minkowski维数等工具,衡量它在不同尺度下到底有多复杂。

一个集合的体积可以是0,但它仍可能拥有完整的空间维数。

挂谷猜想指的是:在n维空间里,只要一个集合在每个方向上都装得下一根单位线段,它的维数就必须是满的n维。

难点在于,这些看起来很细的线段如何交错、重叠,以及重叠之后还能不能把集合压得更小。



△挂谷问题的示意图

平面情形1971年就被Davies证完了;三维卡了半个世纪,直到2025年2月被王虹和Joshua Zahl拿下。

四维及以上,至今没人证出来。

OpenAI这次公开的两篇手稿,分别处理了挂谷问题的两个版本。

第一篇:三维挂谷极大函数猜想

依然是三维,但题目换成了更难的版本。

可以先把它想成一个「管子重叠控制」问题:把许多根细长的管子放进三维空间,每根管子代表针的一个方向。



△OpenAI公开的三维挂谷极大函数猜想论文首页

数学家要研究的是,当这些管子朝向各不相同的方向时,它们能重叠到什么程度,又能否用一个统一的估计控制这种重叠。

王虹和Zahl证明的是「集合版」,研究的是这些针堆在一起至少占多大地方。

而OpenAI证明的「极大函数版」则研究得更加细致:

把每根针加粗成一根细管子,假设每根管子里只有一部分是「实心」的,比例记作λ。所有实心部分并在一起,体积能不能保证不小于λ³这个量级?

λ越小,管子越空,越难控制。集合版只需要一个比较宽松的λ的幂次就够了,极大函数版则要求这个幂次恰好是3。

这一点在OpenAI论文的引言里也明确写出:王虹和Zahl的定理给出的是λ的K(ε)次方,「换成λ³的需要」在他们定理之后就已经被明确提出。

也就是说,这是王虹和Zahl留下的下一步。而OpenAI这篇97页的论文,声称把这一步解决了。

这为什么重要?因为挂谷极大函数把「各种方向的细管如何挤在一起」变成了可计算的分析问题。

它与傅里叶分析中的一些核心猜想相连,也长期被认为是理解波、频率和空间集中现象的重要工具。

1971年,Fefferman就是用挂谷集合构造反例,证明了高维的球乘子除L²外都不有界。此后挂谷问题就和傅里叶限制猜想、Bochner-Riesz猜想紧紧联系在了一起。

第二篇:四维挂谷集的Hausdorff维数

四维这边,人类此前的进度是这样的:

1995年,Wolff用「发刷」方法证到维数至少3;

后来Guth和Zahl用多项式方法推到3+1/40,大约3.025;

2019年,Katz和Zahl用「平面刷」推到3.059;

之后的进展,基本都在小数点后第二三位上挪动。

而OpenAI这篇175页的论文,声称直接证到4。



△OpenAI公开的四维挂谷集Hausdorff维数猜想论文首页

四维难在哪?Guth在综述里指出,王虹和Zahl三维证明里的关键定理,搬到四维就不成立了。

因为高维空间里,管子可以扎堆聚在低次代数曲面附近,形成三维里没有的反例结构。

而OpenAI四维论文的核心工具瞄准了这个问题:用二次多项式在不同尺度上做局部拟合,追踪那些跨尺度持续聚集的线。

全文中,「polynomial」一词出现了213次。

还有一个细节,四维论文的关键输入之一,引用的正是三维那篇OpenAI论文里的一个引理。相当于两篇论文是一条链路,三维的更强版本给四维铺了路。

因此也可以说,它把王虹的成果往前推了一大步。三维上把她的定理加强到了极大函数版本,四维上把一个卡在3点几的问题直接推到了4。

但这篇论文依然有边界,四维只证了Hausdorff维数版本,没有解决四维的极大函数猜想;五维及以上也没有证完,论文只用投影给出了一个下界。

而且值得注意的是,074号这组成果没有Lean形式化,也没有经过同行评审。

OpenAI在README里写道:一些未经形式化的结果「可能有问题」。

王虹做了什么?

有人说,王虹赶在AI之前拿下菲尔兹奖,算是幸运。

真的是这样吗?

翻开OpenAI这两篇论文的全文,出现最多的名字之一就是王虹。

仅三维那篇,「Wang」就出现了23次。



三维挂谷这座山峰,人类数学家已经爬了很多年。

Katz、Łaba和Tao很早就发现,近乎极端的管子构型会呈现三种结构:粘性、平面性、颗粒性。

但几十年里,没人能把它们做成一个完整的证明。

王虹和Zahl分了三步走:

2022年,先证了「粘性」挂谷集合的情形,后来发表在《美国数学会杂志》上。

2024年,拿下Assouad维数版本。

2025年2月,放出127页的完整证明,三维挂谷集合猜想的Hausdorff维数和Minkowski维数版本一起解决。



△王虹与Joshua Zahl关于三维挂谷集猜想的论文

Nets Katz评价,这是「百年一遇的结果」。

同一时期,王虹还和任康解决了平面上的Furstenberg集合猜想,这也是调和分析里的一个老问题。

这些工作,现在都成了OpenAI论文的地基。

三维论文直接调用了Guth、王虹、Zahl三人的简化证明,Guth正是王虹在MIT读博时的导师;它还用到了任康和王虹的平面Furstenberg估计。

四维论文则用到了王虹和Zahl的一个点积定理。

如果两篇论文最终被确认成立,它们也是在王虹搭好的框架上,往上加盖了两层。

而且,王虹对AI的态度也并非排斥。

获奖后接受采访时,她把AI形容为数学研究的「主动性助推器」,认为提出问题、创造概念、构建理论这些事,仍然是数学家的核心工作。

人类数学界,已经炸了。。。

现在,大概就是人类数学的「危急存亡之秋」了。

过去一个重要数学结果的生命周期大概是:一个人或一个小团队花好几年做出来,挂到arXiv,同行花一两年审稿,学界慢慢消化。

等结论水落石出,再过几年,奖项才最终敲定。

王虹和Zahl走完这条路,从2022年的粘性情形到2026年的菲尔兹奖,用了将近四年。

而OpenAI这次则一夜之间放出722篇数学手稿,平均每个结果大约用了三个小时的ChatGPT Pro思考算力,只有约42%的结果做了Lean形式化。

简直跟挑衅一样……



陶哲轩已经牵头人类数学协会(AHM)发布重磅联合声声明,全面抵制OpenAI。

其中措辞相当严重:

数学家们并没有要求做这些工作。一次性发布700多个文件,展示的不是学术,而是权力。

声明最后强烈敦促所有数学家停止与OpenAI合作,回到以人类理解为核心的科学愿景。



陶哲轩本人一直是AI辅助研究的积极使用者,他反对的是把批量攻克著名难题当成产品展示。

在他看来,一道题被AI解掉,就没法再变回未解决的状态,人类数学家原本可能在这道题上发展出的新方法和新理解,也就跟着断掉了。

而且现在,审稿成了最大的瓶颈。

一篇175页的四维挂谷证明,全世界能认真读懂的人屈指可数,谁来读,花多久,算谁的工作量,这些答案统统都未可知。

署名和归属也开始变得混乱。研究同一问题的学者,可能一觉醒来,就发现自己做了几年的题目已经被一个模型「声称」解决了。





这些AI生成的证明,对不对还没人知道,但选题已经很难再做下去。

当然,也有人感到兴奋。

比如多伦多大学的数学助理教授Daniel Litt,认为数学家接下来有大量激动人心的工作要做。



Yann LeCun也认为,恰恰相反,数学正在迎来新时代。



形式证明将大幅自动化,重点将转向发展新概念、新抽象、新定义和新猜想。

船的发明降低了游泳的重要性,却让我们发现新大陆。

数学界正处在新旧秩序剧烈碰撞的关口,旧的研究方式受到冲击,新的轨道还没有成形。

未来会走向哪里,眼下还没有答案。但我们更愿意相信:沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春。

Gowers说,人类大概能撑到2030年,而下一届菲尔兹奖,恰好就在2030年颁发。

到那时候,还会有人类站上领奖台吗?

参考链接:
[1]https://x.com/Xudong07452910/status/2108004449482572022
[2]https://github.com/openai/math/blob/main/preprints/The-Kakeya-maximal-conjecture-in-three-dimensions-September-23-2026/paper.pdf
[3]https://github.com/openai/math/blob/main/preprints/Every-four-dimensional-Kakeya-set-has-full-Hausdorff-dimension-September-24-2026/paper.pdf

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