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重磅!AI补全人类史上最大数学证明,数学家当场泪崩

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新智元报道


人类历史上规模最大的数学证明,现已通过计算机形式化验证。

有限单群分类定理(CFSG,Classification of Finite Simple Groups),刚刚被AI彻底形式化!

百余名全球顶尖数学家历经大半个世纪、写下长达15000页的「数学天书」,被初创团队Axiom研发的多智能体系统在短短24天内全部跑通。

更让人头皮发麻的是,AI构建了人类史上首个超4000万行的Lean代码库。

按代码行数计算,这现在是史上最大的开源软件项目。它的规模超过了 Linux 内核、Chromium、Firefox、LLVM、GCC、FFmpeg 等。


它甚至还在原有的证明中揪出了人类的漏洞,并亲自证明了新的数学定理来完成修补!

知名数学家Ken Ono动情发文,悼念今年1月去世的数学家父亲。

他回忆起童年时父亲引荐自己走近群论巨匠的岁月,在见证人机协作跨过这条历史终点线时,这位数学大师忍不住当场泪崩。


数学的「对称周期表」:巨型定理

在数学界,这个定理有一个如雷贯耳的绰号——「巨型定理」(The Enormous Theorem)。


在此之前,世界上没有任何一个人能够从头到尾完整通读它的所有证明。

到底什么是「群」?

简单来说,群是描述「对称性」的数学语言。

比如,描述正六边形的对称性,对应一个二面体群群:


比如,用图论看魔方,每个状态是一个顶点,每一步移动是这张巨大图中的一条边。


这段动画展示了排列如何穿越 43 百亿亿种配置,最终抵达解法。

而所有的有限群,都可以像化学分子被分解为原子一样,被分解为不可再分的「基本构件」——这就是有限单群(Finite Simple Groups)。

分类定理的伟大之处就在于,它为全宇宙的对称性开列了一张「元素周期表」。


它明确宣告:

所有的有限单群,要么属于素数阶循环群,要么属于至少5个符号的交错群,要么属于16个无限家族的李型群,要么,就属于26个极度特殊、无法归类的「零散群」(Sporadic groups)。

这26个零散群中,最大的一个被数学家敬畏地称为「魔群」(Monster Group)。

顺便提一句,1998年,Richard Borcherds因证明著名的「怪兽月光猜想」(Monstrous Moonshine),荣获菲尔兹奖 。这一猜想揭示了数学中一个令人震惊的联系:最大的散在单群「魔群」,竟然与数论中的模函数存在深刻的数学关联。


2007年,物理学巨擘Edward Witten更是提出,这套包含魔群的理论,可能被用来描述一个简化宇宙中的引力,用来编码黑洞在不同能级上的量子态分布,从而计算黑洞的熵!

从1950年代开始,为了证明巨型定理,大约100位数学家在500多篇学术论文中,拼凑出了长达15000页的证明,约14部《红楼梦》。

它太庞大、太分散了,以至于1983年数学家Gorenstein宣布证明完成时,其实还漏掉了一个巨大的缺口,直到2004年才由Aschbacher和Smith用1221页的论文补上。


因为证明实在太长,人类极容易出错。正如Aschbacher所言:「要写出一个非常长且复杂的论证而不犯错,是不可能的。」

既然人类的大脑已经逼近处理复杂逻辑的极限,那么,是时候让AI登场了。

AI出征:24天,干了人类半个世纪的活

面对这座1.5万页的「数学珠穆朗玛峰」,Axiom团队没有选择传统的蛮力计算,而是动用了多智能体蜂群——AxiomProver。

把人类的自然语言证明翻译成Lean代码(即「形式化」),就等同于让一台铁面无私的机器,用放大镜去检验那15000页纸上的每一个标点符号。

2026年10月1日,Axiom团队在一个Slack频道里敲下了启动的指令。

人类工程师和数学家将庞大的「巨型」拆解成108个里程碑和约380个小任务,生成了一张巨大的「证明地图」。


10月2日,第一批AI「蜂群」正式上线。

这群AI智能体像一支训练有素的军队一样开始分工协作。领头的AI负责拆解高难度的论证,其他AI则疯狂搜索现有结果或埋头编写Lean代码。如果一个AI遇到了还没证明的先决条件,它会自动把这个任务外包给另一个AI。所有的结果都会汇聚到一个共享的代码库中。

整个过程并非一帆风顺。由于AI编写代码的速度实在太快,Lean系统在重新检查依赖项时甚至出现了算力瓶颈。

Axiom的工程师不得不临时重构底层的工程基础设施,开发了一套分布式缓存系统,才勉强跟上AI那恐怖的产出速度。


10月10日,Slack频道里弹出了一条让所有人沸腾的消息:

我们证明了魔群是单群。

AI不仅从结构信息中识别出了魔群,还通过代码彻底形式化了它的存在!

仅仅24天!


在24个日日夜夜里,这群不知疲倦的AI智能体,产出了惊人的4310万行Lean代码,构建了人类目前最大的Lean代码库。

人类的智慧,经过了机器无情的检验,而且发现了其中的逻辑漏洞!

史诗级反转:AI揪出人类大师的「致命Bug」并亲手修复

人类的语言总是充满省略。

有网友做词一首,调侃数学证明中的思维跳跃:

西江月·证明

即得易见平凡,仿照上例显然

留作习题答案略,读者自证不难

反之亦然同理,推论自然成立

略去过程 Q.E.D.

由上可知证毕

「显然可得」、「同理可证」、「易证」……这些数学论文里常见的词语,对AI来说却是行不通的。

形式化证明要求每一步都必须有明确的逻辑支撑。

在逐行扫描、强迫推理的过程中,AI智能体记录下了数百处异常。其中大部分是人类的笔误、表格错误或遗漏了前提条件,但有34处是重大的逻辑偏差!


而其中最惊险、最核心的一个「Bug」,出在至关重要的不平衡群定理(Unbalanced Group Theorem, UGT)上。

UGT是整个分类定理中极为关键的一环,它的作用是「通过局部看整体」——通过研究一个群的子群结构,来推断出整个大群的真面目。


Axiom团队最初选择了John Walter在1986年发表的一篇权威文献作为形式化的基础。

然而,在翻译这段人类自以为完美无缺的论证时,AI智能体突然发出了红色警报!

AI发现,Walter证明中的一个关键闭包断言,在逻辑上是站不住脚的。


AI不仅指出了错误,还给出了一个明确的反例:PSL₂(49)。在这个反例中,一个操作会产生一个被明确排除在目标家族之外的群(因为7是梅森素数)。


人类引以为傲的证明,在这一刻断链了。

长达1.5万页的逻辑大厦,随时面临崩塌的危险。

怎么办?如果去借用后人写的「第二代证明」,不仅会引入海量的全新依赖,还会让这24天的努力前功尽弃。

此时,人机协作的巅峰一幕上演了。

Axiom团队紧急连线了当年参与CFSG原始工作的活化石——群论泰斗Richard Lyons和Ronald Solomon。

在听取了AI发现的漏洞后,人类大师的直觉与AI的算力展开了完美共振。基于Solomon在1976年提出的理论,人类数学家构思出了一条新的证明路线。

随后,AxiomProver(AI系统)亲自上阵,根据新思路,严丝合缝地证明了一个全新的群论结果——Preservation of simple tops。


这个由AI主导证明的新定理,像一块完美的定制补丁,精准地填补了人类大师当年留下的窟窿,成功推导出了分类定理所需的UGT形式!

定理依然成立,但证明已经不完全属于人类了。

这是人类历史上第一次,AI在最顶级的纯数学研究中,不仅充当了「验算器」,更成为了发现新定理、修补核心漏洞的「合作研究员」!

这不禁让人想起数学史上类似的一幕:2002年菲尔兹奖得主Vladimir Voevodsky,发现自己的证明是错的,而且救不回来。

1999–2000年,在普林斯顿高等研究院讲课时,他发现早年关键引理有误,原命题无法按原样挽救。

2013年又确认1989年另一项结果也错了——反例早在1998年就有人提出。


他不再相信人类能可靠地检查复杂证明,转向Coq、同伦类型论与单值基础:让计算机验数学。

在追求数学真理的道路上,人类用血肉之躯和有限的大脑,进行了长达近两百年的悲壮远征。

如今,人类有了新的合作伙伴,一起探索知识疆域的星辰大海。

参考资料:

https://x.com/KenOno691/status/2115090084861247680

https://axiommath.ai/research/the-enormous-theorem-formalized/

编辑:大卫

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