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(图源:量子号)
黎曼猜想被认为是数学界最重要的未解难题之一,它关系到素数在整数中如何分布。
160多年来,数学家不断逼近这个问题,却始终无法证明猜想成立。
2026年10月6日,OpenAI公布的一批数学研究成果中,一项关于准黎曼猜想的证明引起了数论学家的高度关注。
斯坦福大学数学家杰瑞德·杜克尔·利希特曼(Jared Duker Lichtman)称,这是迄今为止最重要的人工智能数学成果,而且领先幅度相当大。
更出人意料的是,这项证明并没有引入全新的数学概念,而是找到了旧理论之间一条此前被忽视的联系。
在《量子杂志》(Quanta Magazine)10月19日的一篇文章中,科学撰稿人康斯坦丁·卡卡斯(Konstantin Kakaes)追踪了该领域的最新进展。
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《量子杂志》(Quanta Magazine)文章截图
划重点:
距离完整的黎曼猜想仍有差距,但数学后果可能十分广泛。 准黎曼猜想的证明将为数论、几何学和理论计算机科学中的大量结果提供新的依据。
突破来自旧工具的新组合。 AI找到了一个此前被忽略的函数族,并将多种已有数论方法连接起来。
这次成果已开始接受数学家的实质性检验。 专家正在重写和梳理证明,普遍认为较短版本的结论正确,但完整的黎曼猜想依然遥远。
本文4900多字,目录如下:
1. 从素数分布,理解黎曼猜想为何重要
1.1. 一个函数,连接着素数的分布规律
1.2. 为什么零点的位置会影响素数?
2. 未证明完整猜想,却可能改变数论研究
2.1. 把零点限制在更窄的区域
2.2. 数学家开始拆解AI的证明
3. 被忽略的函数族,连接起已有数学工具
3.1. 数十年前的研究方向,终于找到落点
3.2. AI重组数学家以为不够强的工具
4. 离证明完整黎曼猜想还有多远?
4.1. 数学界:兴奋,但仍需人类理解
4.2. 对于完整黎曼猜,这已是实质进展
1.
从素数分布,理解黎曼猜想为何重要
1.1. 一个函数,连接着素数的分布规律
素数是只能被1和自身整除的正整数,例如2、3、5、7和11。它们是整数算术的基本构件,但在数轴上并不是均匀分布的:随着数字不断增大,素数出现得越来越稀疏。
数学家早已知道这种总体趋势。更难的问题是,素数究竟以怎样的速度变得稀疏,又会在平均规律周围产生多大的偏差?
1859年,德国数学家波恩哈德·黎曼提出了一个后来以他命名的猜想。它研究的对象看似是一种抽象的数学函数,却与素数分布有着深刻联系。
这个函数叫作黎曼ζ函数,通常写作(\zeta(s))。它可以从一个熟悉的无穷级数出发:
[ \zeta(s)=1+\frac{1}{2s}+\frac{1}{3s}+\frac{1}{4^s}+\cdots ]
这里的变量(s)是复数,由实部和虚部组成。通过数学上的解析延拓,这个函数可以扩展到原始级数不再直接收敛的区域。
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(图源:Mark Belan/Quanta Magazine)
黎曼猜想关注的是:在什么位置,ζ函数的值会等于零?
函数在负偶数处的零点,例如−2、−4和−6,被称为平凡零点。除此之外的零点叫作非平凡零点。黎曼猜想断言,所有非平凡零点的实部都等于(\frac12)。
换句话说,如果把复数看作平面上的点,所有非平凡零点都应该落在实部为(\frac12)的一条竖直线上。
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(图源:Mark Belan/Quanta Magazine)
这条看似狭窄的数学约束,能够告诉数学家有关素数分布的大量信息。
1.2. 为什么零点的位置会影响素数?
ζ函数与素数之间的联系并非黎曼首次发现。
1737年,瑞士数学家莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)证明,在适当的定义范围内,ζ函数可以写成一个由所有素数构成的无穷乘积:
[ \zeta(s)=\prod_{p\ \mathrm{prime}}\frac{1}{1-p^{-s}} ]
其中,(p)遍历所有素数。这个公式将一个函数与全部素数直接联系起来,成为解析数论的重要基础。
1896年,数学家雅克·阿达马(Jacques Hadamard)和夏尔·让·德·拉·瓦莱·普桑(Charles-Jean de la Vallée Poussin)分别证明,ζ函数的非平凡零点不可能位于实部为0或1的两条边界线上。结合此前的研究,他们由此证明了素数定理。
素数定理给出了素数数量随数值增长的大致规律。它告诉我们,在足够大的范围内,小于某个数(x)的素数数量大约为:
[ \pi(x)\sim\frac{x}{\ln x} ]
这里的(\pi(x))表示不超过(x)的素数数量,(\ln x)是自然对数。
但知道平均规律还不够。数学家还想知道,实际的素数分布会偏离这个平均规律多少。
如果黎曼猜想成立,数学家就能对这种偏差给出更强的控制。反过来,如果哪怕只有一个非平凡零点偏离实部为(\frac12)的直线,也可能意味着素数分布存在此前未曾预料到的复杂结构。
目前,数学家已经通过数值计算验证了前12万亿个非平凡零点都位于这条直线上。但无论计算规模多大,都不能替代对全部零点的证明。
这也是黎曼猜想至今仍然悬而未决的原因之一。它不仅是一道关于函数的题目,更是一扇通往素数深层规律的窗口。
2.
未证明完整猜想,却可能改变数论研究
2.1. 把零点限制在更窄的区域
准黎曼猜想(quasi-Riemann hypothesis)是黎曼猜想的一个弱化版本。
完整的黎曼猜想要求所有非平凡零点的实部恰好等于(\frac12)。准黎曼猜想则放宽了要求:只要能够证明所有非平凡零点都位于一个比实部介于0和1之间更窄的竖直区域内,就能取得进展。
区域越窄,对素数分布的约束就越强。因此,即使没有把零点全部锁定在(\frac12)这条线上,缩小零点可能出现的范围也具有重要的数学价值。
OpenAI在2026年10月6日公布的数学成果中,给出了准黎曼猜想的两个证明版本。
第一个版本完成于9月30日,声称所有非平凡零点的实部都介于(\frac18)和(\frac78)之间。这个版本长达199页,并使用Lean编程语言进行了形式化验证。
第二个版本在近一周后完成,篇幅只有49页。它证明的结论相对较弱:所有非平凡零点的实部都介于(\frac1{12})和(\frac{11}{12})之间。不过,截至原报道发表时,这个版本尚未完成形式化验证。
两个版本的界限不同,但研究人员认为,它们采用了相似的技术路线,也具有相近的数学意义。
为什么数学家反而更关注结论较弱的第二个版本?
纽约大学数学家马克西姆·拉济维洛夫(Maksym Radziwiłł)解释,主要原因是它更短,更便于理解和检验。
这也引出了这项AI成果面临的一个关键问题:计算机给出的证明,究竟能否被人类数学家真正理解?
2.2. 数学家开始拆解AI的证明
在最近一轮AI数学成果中,机器生成的证明常常面临一个共同问题:即使结论可能正确,证明文本也难以阅读,缺乏数学论文应有的清晰度和表达规范。
拉济维洛夫在接受《量子杂志》采访时,对OpenAI的两篇论文提出了尖锐批评。他认为,两篇论文的写作质量都很差,按照数学期刊的标准,很可能会立即被拒稿。
但证明的表达问题并不意味着结论必然错误。数学家需要做的是独立检查推导过程,确认每一步是否成立,并弄清楚整个证明为何有效。
为此,普林斯顿大学著名数论学家彼得·萨纳克(Peter Sarnak)决定调整自己本学期所讲授的一门课程,将研究重点转向这项证明。
拉济维洛夫表示,他现在已经能够用半页纸勾勒出证明的主要论证。其他数学家整理出的较详细版本则有7至13页。截至原报道发表时,这些整理稿尚未正式发表,但已在研究人员之间私下流传。
这种压缩并不只是为了缩短篇幅。它意味着数学家正在尝试从AI生成的大量文字中,提炼出真正起作用的数学结构。
参与研究的专家大体认同,较短版本的结论是正确的。接下来需要理解的,是为什么这套论证能够成立,以及它究竟揭示了哪些此前未被充分认识的联系。
3.
被忽略的函数族,连接起已有数学工具
3.1. 数十年前的研究方向,终于找到落点
这项证明最值得关注的地方,可能并不在于它用了某种全新的数学工具,而在于它找到了正确的研究对象。
数十年来,萨纳克一直主张,研究黎曼猜想时,不应只盯着ζ函数本身,还应该把它看作一个更广泛的函数族中的成员,再尝试证明适用于整个函数族的结论。
但具体应该选择哪个函数族,始终不够明确。
滑铁卢大学数学家迈克尔·鲁宾斯坦(Michael Rubinstein)在接受《量子杂志》采访时指出,萨纳克的思路很有洞察力,但此前一直没有人清楚地知道应该怎样落实,也不确定哪一个函数族最值得研究。
OpenAI的模型找到了一个此前被忽视的函数族。
这项选择并非完全没有先例。罗格斯大学数学家亨里克·伊瓦涅茨(Henryk Iwaniec)曾在2002年试图证明黎曼猜想时,识别出若干彼此密切相关的函数族,但最终与这次研究所需的对象失之交臂。
而OpenAI模型找到的函数族涉及一种较为冷门的数学对象——亚辛形式(metaplectic forms)。
佐治亚理工学院数学家亚历山大·邓恩(Alexander Dunn)过去五年一直在研究这类对象。他对《量子杂志》表示,没人预料到它们会在这一问题上发挥如此关键的作用。他也希望,这套精深而相对冷门的理论能够因此获得更多关注。
这意味着,AI的贡献并不是凭空创造一套新的数学语言,而是在庞大的既有知识体系中,识别出一个此前没有被充分利用的切入点。
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马克西姆·拉济维洛夫(Maksym Radziwiłł,上)和亚历山大·邓恩(Alexander Dunn)惊讶地发现,OpenAI 最近对准黎曼猜想的证明使用了他们多年前开发的技术。(图源:Caltech)
3.2. AI重组数学家以为不够强的工具
更出人意料的是,这项证明还用到了邓恩和拉济维洛夫在2021年证明的一个公式,以及其他数论学家的大量既有成果。
在此之前,相关领域的数学家普遍认为,手头的方法不足以证明准黎曼猜想。他们倾向于相信,解决这个问题需要借助数论中另一个分支的技术。
但OpenAI模型找到的证明表明,现有工具可能已经足够,只是它们之间的联系尚未被发现。
拉济维洛夫承认,回过头看,他们对自己所用方法的能力判断有误。他形容,模型表现出的那种相信现有工具可能足以解决问题的倾向,是一个相当大胆的判断。
邓也将这项证明描述为对一系列著名数学思想的意外综合。
这里的关键,是数学研究中的一个常见难点:研究人员不仅要掌握大量定理,还要判断哪些定理能够放在一起,哪些看似不相关的对象实际上共享着某种结构。
一个工具是否足够强,有时并不能仅从它单独能做什么来判断。只有找到正确的研究对象,并把不同的工具连接起来,它的能力才可能显现出来。
AI在这项工作中展示的,正是这种组合已有知识、寻找隐藏联系的能力。
4.
离证明完整黎曼猜想还有多远?
4.1. 数学界:兴奋,但仍需人类理解
对于OpenAI的成果,数学家既感到兴奋,也有明显的保留。
普林斯顿大学的萨纳克表示,在人类检查并理解所有细节之前,他还不会满足于把它视为一条已经确立的定理。
拉济维洛夫则认为,整体反应更多是如释重负。原因在于,这项证明一旦得到充分确认,就能迅速确立数论、几何学和理论计算机科学中大量相关结果的数学地位。
这也是准黎曼猜想的价值所在:即使它没有解决完整的黎曼猜想,也可能为许多其他问题提供此前缺少的理论依据。
不过,证明的正确性、证明的形式化验证,以及数学界对证明的完整理解,是彼此相关却并不完全相同的事情。较短版本已经得到研究人员的积极评价,但截至《量子杂志》报道发表时,它尚未完成形式化验证,相关数学家也仍在梳理细节。
此外,OpenAI公布的论文数量在原报道中存在一处值得注意的差异:文章开头称公司在10月6日宣布了377项结果,后文则称当天发布了722篇论文。无论采用哪个数字,报道都指出,较短的准黎曼猜想证明是其中唯一经过人工编辑的论文。
OpenAI没有回应《量子杂志》关于编辑者身份以及为何只有这篇论文经过人工编辑的具体询问,只表示论文是公司全体人员共同工作的成果。
这项细节也凸显了AI生成数学成果的现实挑战:机器能够给出复杂的推导,但成果能否被同行理解、检查和纳入数学知识体系,仍然需要人类专家投入工作。
4.2. 对于完整黎曼猜,这已是实质进展
那么,这项成果能否成为证明完整黎曼猜想的跳板?
对此,数论学家并不乐观。
普林斯顿大学数学家威尔·索温(Will Sawin)认为,数学家即使充分吸收了新方法并研究清楚其后果,也很可能仍然觉得,完整的黎曼猜想与自己之间的距离和过去差不多。
但他也承认,自己并不确定事情一定会如此发展。
曼彻斯特大学数学家托马斯·布卢姆(Thomas Bloom)同样认为,完整的黎曼猜想依然难以企及。不过,他提醒说,就在几周前,数学家们对准黎曼猜想也抱有类似的判断。
这正是这项成果引发关注的原因之一。
它没有解决数学界最著名的未解难题,却证明了一个此前被认为难以攻克的弱化版本;它没有提出一套全新的理论,却找到了冷门数学对象与已有定理之间的关键联系。
接下来,数学家需要弄清楚这套方法还能走多远。它能否进一步收紧非平凡零点的范围,甚至最终触及实部为(\frac12)的那条直线,目前都没有答案。
但至少有一点已经改变:数学家此前认为不足以证明准黎曼猜想的工具,现在被证明能够做到这件事。对于一个困扰数学界160多年的问题而言,这已经是一项实质性的进展。
参考资料
Konstantin Kakaes. AI Proved the Quasi-Riemann Hypothesis. What Happens Now? Quanta Magazine, October 19, 2026. https://www.quantamagazine.org/ai-proved-the-quasi-riemann-hypothesis-what-happens-now-20261019你可能还想了解:
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