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陶哲轩深夜力挺!抢在OpenAI发布前夜,Caltech物理AI攻克百年难题

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新智元报道


千禧年难题纳维斯托克方程,还有后续?

OpenAI本已陷入漩涡,到底有没有剽窃NUY数学家Buckmaster的成果,已陷入罗生门。

但这个千禧年奖还没有定论,克雷研究所未接受该结果,仍将该问题列为未解决;OpenAI自己也说不打算凭此申领千禧年奖。

就在这时,Caltech的 Anima Anandkumar 团队,悄悄交了一份不一样的答卷。


世纪幽灵:3D无强迫欧拉方程的「爆破」魔咒

只要你喝过咖啡、看过天气预报,或者坐过飞机,你就处于欧拉方程和纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes,千禧年七大数学难题之一)的统治之下。

欧拉方程描述的是「理想流体」(即没有黏性、完全光滑的流体)的运动规律。


三百多年来,数学家们一直被一个幽灵般的问题困扰:流体会「爆破」(Blowup)吗?

所谓爆破(奇异性 Singularity),通俗点说,就是流体的速度、涡度在有限的时间内,会不会像被按了快进键一样,急剧增长到无限大?

就像在平静的水杯里,突然凭空生成了一个转速无穷大的龙卷风。

证明或者证伪三维流体方程的奇异性,是现代数学的「圣杯」。

在此之前,NYU 团队和 OpenAI 试图攻克这个问题时,采用的是一种「人工多尺度构造」的路线。

他们相当于为了证明炸弹能爆炸,手动给流体加上了「强迫项」(Forcing,相当于外力搅拌),或者设计了复杂的、人为规定的跳跃尺度结构。

「有强迫(forced)」和「无强迫(unforced)」是关键分野:有强迫允许外加一个光滑外力来「推」出奇点,难度低一档;无强迫是纯靠初始数据自己演化出奇点,才是更硬的目标。

此前, Chen–Hou(陈嘉杰、侯一钊)2025 年在 PNAS 上做出的是带边界的三维欧拉爆破,边界帮助把奇点困住;这类技术在自由空间(无边界)里失效。

但这在数学家眼里,终究不够「自然」。如果在没有任何外界干预的、广阔无垠的三维空间里,流体能自己演化出爆破吗?

在没有边界限制的自由空间里,此前没有任何人能构造出这样一个自然的「自相似爆破轮廓」。

这里既没有解析闭式解的模板,也没有任何前人的文本可供 LLM 模仿。

人类智力到达了直觉的盲区。这时候,Caltech团队唤醒了他们的秘密武器:物理信息神经网络(PINN)。


论文:https://tensorlab.cms.caltech.edu/users/anima/euler/Euler.pdf

物理AI发威:不靠人工写模板,全靠神经网络自己「搜」

大语言模型(LLM)擅长「文科」,但面对没有任何解析闭式解的偏微分方程(PDE)候选者时,它们直接抓瞎了。

Anima Anandkumar团队没有盲从 LLM 的热潮,而是将目光投向了能真正理解物理定律的 AI ——物理信息神经网络(PINN)。

然而,PINN 也不是万能药。

此前全球有不少学者尝试用 PINN 解决三维无强迫欧拉方程,全部折戟沉沙。

为什么?因为神经网络太容易「偷懒」了。

在优化过程中,网络一遇到困难,就会坍缩到一个平凡解(比如全空间的流速等于 0,这当然满足方程,但毫无意义)。

为了让 PINN 乖乖干活并找到那个隐藏在幽暗深处的奇点,Caltech团队打出了一套极其精妙的组合拳:

以往的研究往往假设爆破点是静止的轴对称形态,但这样优化起来极难。Caltech 团队极其聪明地给了 PINN 更多自由度——让这个奇点沿着 z 轴以行波的形式移动!

虽然在严密的数学分析中这与静止状态等价,但这种灵活的设定,加上彻底放宽了传统的奇偶性约束(parity constraints),瞬间让原本崎岖无比的优化地形(Optimization Landscape)变得平缓可控。

普通的 Adam 优化器在如此高精度的科学计算面前如同钝刀子割肉。

团队使用了他们自主研发的高效二阶优化器SS-eSOAP,仅仅比 Adam 增加了一丁点算力成本,却带来了收敛速度和精度的质的飞跃。到了最后冲刺阶段,再换上极其昂贵的SS-Broyden优化器进行极限打磨。

配合自适应损失权重、FP64双精度浮点运算等技术,团队并没有像 OpenAI 那样动用「钞能力」燃烧海量算力,而是靠算法的极度优美,首次在无强迫3维欧拉方程上,成功跑通了奇点候选解!

最令人起鸡皮疙瘩的是,AI 算出来的结果,与数学大牛的理论预测完美吻合!

数学家 Constantin 等人曾从理论上预测,在自相似拟设下,欧拉方程的缩放指数(Scaling Exponent)存在一个数学上的「天选之子」—— 0.5。

Caltech团队做了一个大胆的测试:他们把缩放指数当作一个完全自由的参数,让 PINN 自己去寻找。结果,PINN 的优化结果稳稳地收敛到了大约 0.5 的位置!

不仅如此,当他们故意在模型中加大对流项(Convection term)的权重时,指数依然顽强地向 0.5 靠拢。

那一刻,理论数学的严密与物理AI的灵动在 0.5 这个数字上历史性地交汇。团队确信:他们挖到真金了。

AI for Science 新范式:不是取代人类,而是补齐人类短板

9月7日晚上的先发制人,不仅仅是一次公关层面上的胜利,更代表了 Caltech 团队对人工智能本质的深刻反思。

Anima Anandkumar 教授在陶哲轩的博客中,留下了一段振聋发聩的总结:

「当今的 LLM 是基于人类文本训练的,目标是做好人类已经擅长的事情,甚至其终极目标是与人类竞争或取代人类的努力。但是,我们的工作聚焦于构建能够补充人类能力的 AI。」

这正是如今大热的 AI for Science(AI驱动科学发现)正在步入的「混合智能」新范式。

在过去几年里,Anima 团队一直在用这类「神经算子」(Neural Operators)颠覆各个科学领域:

  • 气象学:五年前,他们训练出了首个高分辨率 AI 天气模型,速度提升几万倍,首次支持大尺度气候突变(如飓风、热浪)的极限预测。

  • 医学:他们利用神经算子学习流体行为,设计出的新型医疗导管,将细菌感染率惊人地降低了百倍。

  • 量子化学:解决了一个长达 60 年的难题,通过跳过辅助轨道计算,学习通用的 Kohn-Sham 映射,让密度泛函理论(DFT)以准线性时间运行。

而在这次欧拉方程的历史性突破中,我们清晰地看到了这种哲学的延续:

物理 AI 不盲目谋求「替代证明」。它生成的解是没有解析结构、非结构化的,它只负责触达人类直觉和计算无法抵达的高维深海。

真正的策略设计和全局把控,依然留给了人类的创造力。

大模型(LLM)狂飙突进的这两年,我们常常陷入一种焦虑:AI 会不会取代科学家?

Caltech 这次惊艳的成果给出了最好的答案:在攻克人类智力巅峰的世纪难题时,AI 永远不会是一个抢人饭碗的终结者,而是化身补齐人类分析短板的最强外脑。

当物理神经网络(PINN)的探索之刃,配上严密数学的坚固盾牌,再加上大模型不知疲倦的算力辅助,一幅未来科学发现的壮丽画卷正在我们面前徐徐展开。

陶哲轩的连夜发文,是对这套新范式最顶级的盖章认证。欧拉方程的奇点或许还在等待最后的闭环证明,但在人类携手 AI 征服宇宙真理的征途上,Caltech 团队已经刻下了一座不朽的丰碑!

参考资料:

https://x.com/AnimaAnandkumar/status/2098164857682248068

https://terrytao.wordpress.com/2026/09/10/stable-singularity-of-the-euler-equations-on-r3/

https://anima-ai.org/2026/09/07/stable-singularity-of-the-euler-equations-on-r3-without-forcing/

https://tensorlab.cms.caltech.edu/users/anima/euler/Euler.pdf

编辑:大卫

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