ChatGPT助力理论物理取得新进展 | 深度报道

原文发表于 《科技导报》2026年第5期科技新闻-深度报道

ChatGPT助力理论物理取得新进展——物理学家融合人类智慧与AI辅助数学，证实曾被质疑的粒子相互作用实则可行

布鲁克海文国家实验室一次高能核碰撞后的情景，该过程曾在极短时间内释放出夸克和胶子（图片来源：布鲁克海文国家实验室）

一个看似意外的新“成员”正在进入理论物理研究的队伍——ChatGPT。长期以来，物理学家普遍认为，一类涉及胶子的特殊相互作用几乎不可能发生。但最新研究表明，这一过程实际上可以存在，只不过发生在质子和中子内部极为复杂的微观结构之中。哈佛大学、范德堡大学等联合团队2026年初在美国科学促进会（AAAS）年会上报告了这一成果。

美国加州大学洛杉矶分校曼尼·L·鲍米克理论物理研究所粒子理论学家Zvi Bern表示：“这些想法本身并不算革命性，但真正具有革命意义的是——一台机器竟然能够完成这样的工作。”

胶子是传递强核力的无质量量子粒子，该力将夸克束缚成质子和中子，也将质子和中子束缚成原子核，并使胶子彼此结合。由于强相互作用极强，描述它的理论在数学上几乎不可解。理论物理学家将胶子的每种特定相互作用（如2个胶子相互弹射产生第3个胶子）用称为散射振幅的数学表达式描述，该表达式大致给出相互作用发生的概率。但即使对于最简单的相互作用，这些散射振幅的求解也令人望而生畏。

ChatGPT帮助破解了其中一个难题。胶子的自旋略似陀螺，可沿运动方向旋转（如同右手四分卫投出的橄榄球），亦可反向旋转（如同左手四分卫投出的橄榄球）。后者情况下，胶子被称为具有负螺旋度。数10年来，物理学家认为在任意数量胶子的最简单碰撞中，所有粒子中至少有2个必须具有负螺旋度。若仅有1个具有负螺旋度，散射振幅必为零。

然而，大约1年前，3位理论学家发现了1个可能的例外：如果所有粒子大致沿同一方向运动，一个负螺旋度胶子或许可以与多个正螺旋度胶子发生相互作用。接下来，他们需要给出严格证明。哈佛大学理论物理学家、该研究共同作者Andrew Strominger表示，他与同事最初认为几周内即可验证猜想。但计算最终变得繁琐耗时。经过数月手工推演，高等研究院高能物理学家Alfredo Guevara终于在团队的散射振幅公式中发现规律：描述4个胶子的方程与5个胶子的方程相似，依此类推。

团队希望将公式推广并证明该相互作用对任意数量胶子均成立，但所得表达式长达数10项，基本无法处理。研究者怀疑这片“泥沼”中隐藏着优雅简洁的公式：1980年代曾为类似胶子相互作用发现过此类公式。但即使工作1年，研究者仍无法简化所得结果。

美国范德堡大学理论物理学家Alex Lupsasca同期加入创建ChatGPT的OpenAI公司新成立的科学团队，负责提升ChatGPT的科学能力。他联系了其博士导师Strominger，发现这个胶子问题正是完美的测试对象。Lupsasca表示：“我当时想，这很可能行不通，但我们会弄清原因，并据此调整人工智能模型。”

经过初步试探后，理论物理学家要求OpenAI最新且最先进的公开模型ChatGPT-5.2 Pro简化4个胶子的表达式，模型约20 min内完成。随后他们要求对5个胶子执行相同操作，继而6个。GPT-5.2 Pro成功将32项之和简化为仅几项的乘积，全部压缩至单行文本。最终，团队要求AI将公式推广至任意数量粒子。这次，模型在一两分钟内回复，宣称其解法“显而易见”。

担心答案可能是幻觉，研究者核查公式未发现任何错误。Strominger表示：“突然间，我感觉我的机器从机器变成了活生生的存在。”随后，团队将GPT-5.2 Pro生成的推广公式输入OpenAI正在开发的内部模型，要求其提供证明。经过12 h处理，该模型输出了一份通过人工核查的稳健证明。

2月12日论文上传至预印本服务器arXiv后数小时内，该研究即在社交媒体引发热议。2月13日Lupsasca在会议报告团队成果时，在场物理学家深感震惊。美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校粒子理论学家Aida El-Khadra表示：“OpenAI智能体展现的能力令人印象深刻。”

论文作者对AI在科学领域的未来持乐观态度。Guevara表示：“这是我们开展物理学方式的范式转变。”他认为AI将能为物理学实现其近期为编程所做之事：变得如此出色，以至于人类用户可日常依赖它处理任务而无需详尽审查。1年前自称AI怀疑论者的Lupsasca表示：“我认为某种阈值正在被跨越。”

更广泛的物理学界以谨慎乐观态度接收这一消息。Bern与El-Khadra预期AI助手将协助常规任务、发现研究错误、加速论文撰写进程，并弥合跨领域信息鸿沟。两者均提及学术物理学中使用AI的担忧，例如研究者未声明使用AI，或大型语言模型可能自动化传统用于训练研究生的诸多研究任务。但二者均不担心ChatGPT将取代他们的工作。El-Khadra表示：“在我看来，这一切都不意味着科学家将被取代。”

Lupsasca希望研究者能利用AI解决理论物理学最大难题：调和量子力学与引力。他计划将团队方法拓展至引力子（传递引力的假想量子粒子），并寻找数学描述特殊版本量子引力的方法——该理论即使在高能条件下仍保持良好行为，或许“在今年年底前”实现。

文/ Perri Thaler

（译自Science，2026，391（6788））

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