
哥德巴赫猜想这颗数学皇冠上的明珠,被AI撬开了一道缝。
9月21日,网友Captain Sude宣布,GPT-6 Astra成功证明了关于刘维尔函数的一项类哥德巴赫猜想——刘维尔-哥德巴赫猜想的弱形式,并且证明已通过Lean 4形式化验证。更关键的是,这次Astra并非靠算力暴力碾压,而是给出了一段极其优雅的逻辑推理。它先是在第一天证明了4的倍数情形,第二天又找到一条全新初等证明路线,直接把结果推广到了全部大于2的偶数。
这不是经典哥德巴赫猜想的完整证明,但距离那个目标,人类近三百年来第一次看到了钥匙的形状。
1742年,哥德巴赫在给欧拉的信中提出:任一大于2的偶数,都可以写成两个素数之和。从哈代、李特尔伍德到陈景润证明1+2,人类始终无法攻克1+1。
既然死磕行不通,数学家们搞出一套替身文学——刘维尔版本的哥德巴赫猜想。刘维尔函数λ(n)是一个只认单双数的开关:如果一个数包含的质数因子个数是偶数,λ(n)=1;如果是奇数,λ(n)=-1。所有纯素数,它们的刘维尔值绝对都是-1。
2018年,有人在MathOverflow上提出一个弱化版猜想:对于每一个大于2的偶数N,是否总能找到两个正整数a和b,使得N=a+b,并且λ(a)=λ(b)=-1。如果经典哥德巴赫猜想是对的,那么这个刘维尔猜想也绝对是对的。但数学家们放宽了条件:加数不一定非得是纯素数,只要它的质因子个数是奇数就行。
2024年,数学家Alexander P. Mangerel取得了突破,证明了对于所有足够大的偶数,这个猜想成立。但他的证明带着两个枷锁:一是只覆盖足够大的偶数,不包括较小的偶数;二是严重依赖于广义黎曼猜想。
Astra和Captain Sude的团队,直接把这两个枷锁都突破了。
Astra丢出的第一份证明只有两页纸。在这份精悍的论文中,Astra宣布:无需广义黎曼猜想,可以无条件证明所有能被4整除的正整数,都可以表示为两个刘维尔值为-1的正整数之和。它巧妙地利用了Mangerel论文中的一个无条件相关性界限,结合一个极其精妙的下降法,通过反证法推导出矛盾。
仅仅一天后,Astra又找到了一条全新的初等证明路线,直接把结果推广到了全部大于2的偶数。核心主张是:没有任何充分大的限制,没有有限例外集,所有偶数,无条件成立。
证明思路让人拍案叫绝。它没有暴力穷举,也没有靠把以前的解析估计压缩得更紧,而是玩了一步漂亮的结构转化:寻找替罪羊、逼迫现出原形、利用可交换性质让两条路径互相抵消、向全局传染、最后用二次剩余制造矛盾。一开始分解不存在的假设被彻底粉碎。
这一次,Astra同时提交了Lean 4的完整形式化验证。通过Lean 4验证,就意味着逻辑上绝对正确。知乎上UP主对Astra开源的v1.0.0版本进行了独立复核,结果令人震撼:Lean证明可以完美重新编译,最终定理与论文主张完全一致,代码里没有任何sorry,没有乱造的自定义数学公理,249个偶数的数值冒烟测试全部通过。
必须严谨地说:经典哥德巴赫猜想还没有被彻底解决。目前解决的是哥德巴赫猜想的刘维尔弱化版本。从质因数个数为奇数的合数跨越到纯正的质数,中间仍然隔着天堑。
但这绝不意味着这次突破不伟大。在纯数学意义上,它为整个数论搭起了一座打通乘法积木与加法组合的宏伟桥梁。这可能就是未来攻克原版哥德巴赫猜想的核心钥匙。
在AI意义上,这是一个历史性的奇点时刻。一直以来,我们认为AI擅长的是海量记忆和暴力计算。但这一次,Astra展现出了惊人的数学直觉和品味。它像一位极具天赋的数学家,写出一篇让人类数学家直呼优雅的证明。