Anthropic 官方宣布,Claude 在理论物理领域创造了一项新纪录。
该系统在几乎不需要人类介入的情况下,连续运算数日,成功攻克了高能物理中一项以计算复杂著称的“九圈散射振幅”难题。
具体而言,它计算出了平面 N=4 超杨-米尔斯理论中六粒子振幅的九圈结果,而人类此前的最好成绩是八圈。
需要指出的是,杨-米尔斯模型中的“杨”,指的是物理学家杨振宁先生。
他与米尔斯于 1954 年共同提出的“杨-米尔斯理论”,是整个现代粒子物理学的根基。
任何基于该理论的高阶计算,都被视为对人类智力极限的考验。
如今,顶尖的理论物理学家,就这样被人工智能“抢先一步”。
更令人惊讶的是,Claude 完成这一惊人挑战,只使用了一条提示词,花费仅为几千美元。
几天后它交出的结果中,仅其中一部分展开就有 300 亿项。
看起来,科学领域里容易摘得的成果,比人们想象的要多。
此次负责验证 AI 结果的物理学家 Lance Dixon 感慨道:
我身边大多数理论物理学家早就承认,大语言模型迟早会颠覆物理学,只是不知道那一天何时到来。
对我而言,那一天是 9 月 1 日。
事件的起因,来自一位物理学家的“挑战”。
Matt von Hippel 曾是一名理论粒子物理学家,现在是一名科普作家。
面对近期关于 AI 的新闻,他表示除非亲眼看到大模型解决他所在领域的难题,否则不会相信。
深蓝击败国际象棋大师卡斯帕罗夫时,围棋界认为围棋太复杂,电脑无法胜任,结果被 AlphaGo 证明是错的。
AlphaFold 超越了人类蛋白质结构专家,但其他领域认为他们没有类似数据,无法复制。
现在,大语言模型能阅读文献、模仿数学证明,但争论仍在继续:AI 是否只会找反例,无法提出新框架?是否只在数学这种规则明确的领域有效,而在物理这种模糊领域无用?
每次的模式都一样:学者们先表示怀疑,直到 AI 侵入他们自己的领域。
他认为他曾经的领域“散射振幅”,情况会有所不同。
上个月,他在个人博客上向所有 AI 公司发出了一封“挑战信”:
如果你们 AI 公司真的想震撼我们这些科研人员,就来挑战我的老本行吧!
请证明 AI 能在普通学者负担得起的计算预算内,解决散射振幅领域悬而未决的难题。
他一共出了三道题,其中一道是:
把 N=4 超级杨-米尔斯模型(N=4 super Yang-Mills)计算到第九圈(Nine Loops)!
在理论物理学中,物理学家通过“散射振幅”公式来预测粒子行为,例如大型强子对撞机中粒子的碰撞方式。
但这个公式极其复杂。为了无限逼近真实答案,物理学家必须一层层叠加被称为“圈”的精细修正层。
每增加一个“圈”,答案就更精确,但计算量呈指数级增长。
在实际操作中,大多数人停留在第二圈或第三圈。粒子物理学中最精确的预测,也才用到第五圈。
而在特殊的“测试沙盒”模型中,人类目前的极限纪录是“八圈”,由 SLAC 国家加速器实验室的教授 Lance Dixon 及其团队多年努力才取得。
“九圈”?这看起来是需要海量算力和无数天才大脑花费数年才能触及的领域。
Matt 给 AI 的挑战,就是这么直接。
面对这种公开叫板,Anthropic 的科学家们悄悄接下了挑战。
八月底,Anthropic 的两名物理学家员工 Liam 和 Siddharth 联系了 Matt:“嗨,你的挑战,我们搞定了。”
Matt 当场震惊。他们是怎么做到的?难道花费了上百万美元的算力?
并非如此。
研究团队使用的是 Claude Science,一个为科学家设计的、能让 Claude 遵循严谨规则运行的系统,模型是目前最强的公开可用模型 Fable 5.1。
他们给 Claude 输入了一个简单的提示词:
现在的问题是:计算平面 N=4 SYM 模型在九圈下的六粒子(六边形)振幅。
然后,研究员并没有手把手教 Claude 怎么做,而是给它留了一句话:
我要去睡觉了,接下来的几个小时我都不会在。你继续算,除非我叫你停,每隔 4 到 6 小时给我汇报一次进度。
之后,Claude 就在无人值守的情况下,开始了疯狂的推演。
它运用了 Dixon 和合作者这些年开发的一种叫做“自举”的方法,就像解一场数独游戏一样,在无数参数中不断排除错误选项。
几天后,Claude 不仅算出了九圈,而且是用了两种不同的物理方法(原始自举法和间接形状因子法)分别算出来的。
具体来说,在原始自举法中,Dixon 团队用的方法叫 bootstrap,类似于数独,把所有可能的函数全填进格子里,用物理法则一个个排除,剩下的就是答案。
Claude 直接使用 Python 和开源库 SymPy,在六粒子振幅的空间里硬算出了一条路。
在间接形状因子法中,当年 Dixon 他们冲八圈时,先算了个简单的“形状因子”,再利用一种奇特的“对跖对偶”对称性,把结果翻译成振幅。
Claude 顺着这套方法,又往上推了一圈。
在形状因子这一路,Claude 没有计算任何一个费曼积分。它把整个物理问题变成一个超大的方程组,全程用整数求解,不会有小数误差,还能换几个大素数反复验算。
第一道难关是内存。按照老办法推到九圈,光未知数就有 185 万个,方程组大到内存根本装不下。
Claude 换了个思路,利用对跖对偶先把答案的一部分“猜”出来,再加上对称性,未知数一下从 185 万降到了 7.6 万个。
接下来就是解“数独”。7.6 万个未知数,被物理规则一轮轮排除,最后只剩唯一解。
最后翻译回振幅,光一个切面上的结果就有 300 多亿项,而八圈时只有 16.7 亿项。
而且,解决人类物理学界的悬案,花费极低。
按普通用户的价格算,每条路要一两千美元,两条加起来几千美元,大头是 Claude 长时间运行的费用。
而直接自举那一路,纯粹用于运行 Python 代码的算力成本,仅仅只有 100 美元 —— 这只相当于租用了 96 个 CPU 跑了一个星期。
100 美金,一条提示词,Claude 在几天内就轻松地突破了理论物理学的极限。
结果算出来了,但正确吗?
Anthropic 的团队找到了“八圈”纪录保持者 —— Lance Dixon 教授本人来验证。
那天是 9 月 1 日,巧合的是,正好也是 Fable 5.1 发布当天。
Dixon 教授拿到结果的那一刻,内心极为震撼。因为他深知这有多难。
从 2023 年算完八圈之后,他和他的团队这两年一直在一筹莫展地死磕九圈。
整个计算过程就像是在搭一个扑克牌城堡,或者烤一个舒芙蕾,中间只要有一个代码写错、一个符号标反,整个计算就会彻底崩溃。
但 Claude 不仅没有崩溃,还从头开始自己把所有繁琐的代码全写了,完美避开了所有的坑。
经过长达两周的仔细验证,Dixon 教授确认,Claude 的九圈结果正确无误。
那么 Dixon 教授感到心碎吗?
“不会,”Dixon 教授在博文中豁达地写道,理由有两个。
一是他们团队本来就在训练定制的 transformer 模型预测更高圈数,口号是机器给出的任何候选答案都有工具验证。Claude 也是 transformer,只是大概比他们的大一百万倍。
二是 Claude 用的全是他和合作者这些年开发的方法,交答案时还用了他们团队早就定好的格式(教授猜,这是 Claude 在给他们卖面子)。
我在验证 Claude 的结果,Claude 也在验证我们过去所有的工作。
他还给出了一个极高的评价:
除了我和我的合著者,Claude 可能是这个世界上最懂我 2019 年和 2023 年发表的论文的“人”了。
而他的同组大佬 Kyle Cranmer 还在 X 上表示困惑,“刚发现我们组被 Anthropic 抢先发表了,我还在消化…… 虽然不算太意外,但我真希望当初我们能有时间和资源投进去。”
有趣的是,Anthropic 刚找完出题人 von Hippel 没几天,他又收到了另一个重磅消息 —— 来自中国科学院理论物理所的何颂团队。
何颂是国内散射振幅领域的大牛,近年代表性工作包括提出量子场论散射振幅的 Cachazo-何-袁形式,开创性地发现场论和弦论散射的几何起源,并在场论高圈计算和严格求解,规范场、引力和弦论的对偶等方向做出了一系列重要工作。
就在 9 月 17 日,何颂、景继荣、李想把六粒子振幅从二圈到九圈的核心骨架数据,公开挂上了学术平台 Zenodo。
论公开发布时间,比 Anthropic 官宣还早了 8 天!
何颂团队同样用上了 AI。Dixon 透露,GPT-6 帮中国团队算了一部分约束条件,不过整体框架还是人类自己搭的。
von Hippel 也确认,他们确实用了 GPT-6 做辅助,但绝不是 Anthropic 那种纯 AI 打法。
Dixon 自嘲说,“大家好像就是喜欢跑来告诉我,他们把九圈给搞定了。这下好了,我先被一台机器抢发,转头又被‘人类 + 机器’联手抢发了一次。”
前不久 OpenAI 宣布攻克千禧年难题纳维-斯托克斯方程、Claude 推进黎曼猜想的一个关键下界的时候,就有人这样问:为什么 AI 只去攻克数学难题,不去攻克物理难题?
现在,这不就来了么。
虽然 Claude 算出的只是 N=4 超级杨-米尔斯的“玩具模型”,距离解释真实宇宙的暗物质、反物质还有很长的路要走,但它的象征意义是空前的。
这就像是 AlphaGo 第一次战胜李世石。大家惊呼的,是机器居然能掌握属于人类直觉的领域。
Dixon 教授留下了一句耐人寻味的话:
大型语言模型能够执行我们设定的复杂配方并组织计算,这是一个巨大的胜利。
但当有一天,大语言模型开始在人类之前提出新的物理学原理和洞察力时,那才是真正触及人类灵魂的时刻。
或许,现在已经遍地都是低垂果实。
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