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三位顶尖物理学家接连在论文中致谢AI,理论物理研究正在发生变革

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在理论物理学界,爱德华·威滕(Edward Witten)是一个很难绕开的人物。这位美国理论物理学家曾获得数学界最高荣誉之一的菲尔兹奖,也是弦理论、量子场论和数学物理领域最具影响力的学者之一。他的研究不仅深刻影响了现代物理学,也推动了多个数学分支的发展。

如今,这位物理学巨擘开始在自己的论文中使用并公开致谢 AI。

近日,威滕在 arXiv 上传了一篇最新论文,研究如何在晶格上定义包含手征费米子的规范理论。在论文的一个技术细节中,他特别提到,Anthropic 旗下的 Claude Opus 5.5 为他提出了一种可能的数学构造方案。在论文最后的致谢中,他还写道,研究中的许多细节得到了 Claude Opus 5.5 的帮助。

这并非威滕第一次在论文中提及 AI。他今年 6 月发表的一篇论文中,其就已经在脚注里披露过 Claude 的帮助。而围绕这次研究涉及的物理难题,也不只有威滕一位研究者在借助 AI 探索。短短一个月内,另外两位理论物理学家也发表了相关研究,并在论文中披露了大模型的参与。

AI 提出了一种数学构造方案

威滕的新论文“A Note On Lattice Definition of Gauge Theories With Chiral Fermions”(关于手征费米子规范理论的晶格定义的一点说明)讨论的是一个困扰物理学家数十年的问题:如何在计算机中模拟一类具有特殊属性的基本粒子。

为了研究粒子之间的相互作用,物理学家会使用一种叫作“格点规范理论”的方法。可以把它想象成一张由许多小方格组成的网格,原本连续的时空被划分成一个个小单元,研究者再利用这些格点上的信息进行计算。这种方法已经被用于研究强相互作用等问题,但在处理某些特殊粒子时,会遇到一个困难。

比如,一些基本粒子具有物理学家所说的“手征性”,可以粗略理解为“左手”或“右手”属性。当研究者尝试把这些粒子放到网格上时,计算中可能会出现额外的粒子副本,影响对原有物理过程的描述。这就是著名的“费米子倍增问题”。1981 年,物理学家 Nielsen 和 Ninomiya 提出的相关定理揭示了其中的数学限制。此后几十年,研究者尝试了多种解决方案,但如何在格点上建立完整的手征规范理论,仍然是一项具有挑战性的工作。

威滕在这篇论文中讨论了一种新的处理思路:先把描述粒子相互作用的规范场放在格点上,再将这些离散的信息延伸到连续空间,与连续空间中的手征费米子结合起来研究。简单来说,就是先在一张网格上记录物理信息,再想办法把网格之间的空白补充完整,让整个理论能够在连续空间中成立。


图 | 爱德华·威滕(来源:Quanta Magazine)

Claude 的建议,就出现在这个过程中。威滕在论文中介绍,原有的一种处理方法在相邻网格单元的边界处,可能出现不够平滑的问题。随后,他特别注明,Claude Opus 5.5 提出了一种可能的改进方案:通过调整坐标映射,把规范场平滑地延伸到每个格点单元内部,使相邻单元之间能够自然衔接,同时保证延伸后的结果与原来格点上的信息精确对应。

此外,Claude 还提出了另一种方案,可以用相对简单的线性插值方法,替代原本需要逐步求解的复杂数学过程。威滕将这些建议写入论文正文,并在致谢中表示,Claude Opus 5.5 还在研究中的许多细节上提供了帮助。


(来源:arXiv)

论文还指出,这套方法原则上可以在计算机上实现,但目前仍面临实际计算上的困难,暂时无法直接使用常见的蒙特卡洛方法进行计算。

实际上,这并不是威滕第一次在论文中提及 AI。今年 6 月,他上传了一篇研究全息理论中“纠缠楔重建”(Entanglement Wedge Reconstruction)的论文,讨论量子引力中重建误差与引力几何之间的关系。在论文的一处脚注中,威滕写道,Claude Opus 4.8 帮助他将一项原本只适用于简单特殊情况的计算,推广到了更一般的情形。

两篇论文都涉及 AI 帮助他处理具体的数学计算和理论构造。而这次论文发布后,威滕提到 Claude 的内容也引发了不少关注。哥伦比亚大学数学家 Peter Woit 在自己的博客《Not Even Wrong》中谈到了这件事。他表示,看到 AI 以这种方式帮助威滕这样的优秀科学家进一步推进研究,令人感到鼓舞。


(来源:Peter Woit 博客)

同一道物理难题,另外两位研究者也借助AI

威滕并不是这道物理难题上唯一使用 AI 的研究者。在他之前,另外两位物理学家已经尝试借助大模型寻找解决方案,而且 AI 在其中承担的工作更多。

10 月 6 日,理论物理学家 Nathaniel Craig 在 arXiv 上传了一篇相关论文,尝试解决如何在计算机中描述手征费米子的问题。与威滕主要让 AI 提供一个具体的数学构造思路不同,Craig 让 AI 参与了更大范围的数学推导。他在论文致谢中明确写道:“OpenAI’s GPT-6 Astra model was essential to this result.”(OpenAI 的 GPT-6 Astra 模型对这一成果至关重要。)


(来源:arXiv)

他介绍,研究最初由自己提出思路,随后与 GPT-6 Astra 以及其他专家进行了多轮讨论和修改,逐步形成论文中的证明。其中,不少数学推导由 GPT-6 Astra 完成,再经过 Craig 修改和整理。换句话说,AI 不只是帮他检查计算结果,还参与了从研究思路到具体证明的过程。

为了确认这些推导是否正确,Craig 还让模型使用 Lean 进行形式化验证。Lean 是一种数学证明检查工具,可以把复杂的数学推导转化为计算机能够逐步检查的形式。研究团队设计了相应的测试,再由 AI 执行检查,以发现证明过程中可能存在的问题。

几天后,另一位物理学家 Stephen D. H. Hsu 也上传了一篇相关论文。他采用了不同的研究方案,尝试把一部分物理场放在离散的网格上处理,同时保留另一部分粒子的连续描述,以此绕开传统格点方法遇到的困难。

Hsu 在论文中披露,自己在研究过程中大量使用了 GPT 和 Claude。其中,论文附录中的一些技术细节主要由 AI 完成,GPT 承担了大部分工作,Claude 和其他模型则参与检查和验证。他同时强调,自己仍然对论文结果承担责任。

11 月 6 日,Hsu 还在社交平台 X 上进一步谈到了与威滕的交流。他表示,威滕曾向他分享这篇新论文的草稿,两人的研究采用了相近的方案,但使用 AI 的方式有所不同。Hsu 主要依靠 GPT 开展研究,同时使用 Claude 检查结果、寻找错误。他还表示,在这类研究任务中,自己认为 GPT 的能力强于 Claude,而能力相对较弱的模型也可以承担验证和错误检查的工作:如果一个模型发现了问题,可以再交给更强的模型判断。


(来源:社交媒体 X)

这些论文也引发了物理学界和网友的讨论。Peter Woit 在自己的博客中专门分析了 Craig 的研究。他认为,让 AI 帮助研究者进入自己原本不熟悉的领域,是一件值得关注的事情。不过,他也提醒,这项工作仍然是在已有研究方向上继续推进,距离真正解决相关理论问题还有不少距离。他还表示,自己没有逐一检查论文中所有复杂的数学细节。

另一位理论物理学家 Matt Strassler 也在博客中谈到了这项研究。他注意到,Craig 的论文有大量内容由 AI 参与生成,尽管作者已经努力将这些内容整理得更便于人类阅读,其他研究者要真正理解其中的推导,仍然需要投入大量时间。对于这样一篇篇幅较长、技术细节密集的论文,同行审查本身也是一项不小的工作。


(来源:Peter Woit 博客)

Reddit 的物理学社区也出现了相关讨论。一些网友认为,这可能是理论物理领域值得关注的一项进展;也有人注意到,Craig 的论文超过 100 页,提出了一个实际问题:即使 AI 能够快速生成大量数学推导,人类研究者是否有足够的时间和精力逐一检查?还有网友认为,AI 生成的证明即便看起来完整,也需要专业研究者理解其背后的逻辑,不能仅凭模型给出的结果就认定研究成立。

目前,Craig、Hsu 和威滕的论文都还处于预印本阶段,相关成果需要接受更多研究者的检验。但有一点已经相当明确:AI 正在进入顶尖科学家的研究过程。

1.https://arxiv.org/abs/2611.05051

2.https://www.quantamagazine.org/edward-witten-ponders-the-nature-of-reality-20171128/

3.https://doi.org/10.48550/arXiv.2606.18639

4.https://doi.org/10.48550/arXiv.2610.09093

5.https://doi.org/10.48550/arXiv.2610.29019

6.https://www.reddit.com/r/Physics/comments/1x0nz3c/a_gaugeinvariant_measure_for_lattice_chiral

运营/排版:何晨龙

注:封面/首图由 AI 辅助生成

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