刚刚，GPT-6 Astra推翻59年核聚变猜想

一道持续59年无人破解的核聚变难题，GPT-6 Astra仅用20分34秒便给出了答案。

提出问题的物理学家，在提示词末尾简单鼓励了一句：

你已解决过许多数学开放问题，因此我相信，只要足够坚持，你定能做到！

随后，ChatGPT返回的，是一组59年来无人能写出的精确解。

Astra找到的第一组解：层层磁面套叠在一起，红黄两条代表磁力线

近日，此事在X平台引发热议。

一位出身京都大学核聚变研究方向的AI博主，发表长文感慨，AI与人类携手探索新科学的时代已真正开启。

这次被攻克的，是等离子体物理学家Harold Grad在1967年提出的猜想。

他当时断言，若无对称性，光滑的三维等离子体平衡状态便不存在。

核聚变中的仿星器路线，因这一论断而停滞了59年。

9月下旬，两篇论文仅相隔一天，共同推翻了这一猜想。在这三组反例中，有两组由Astra发现。

两天内，Astra交出59年未解的两组解

9月10日早上6点44分，马里兰大学的等离子体物理学家Matt Landreman，向GPT-6 Astra Pro发送了一段提示词。

他要求Astra设计一个能约束等离子体的磁笼子，且必须是不对称的。

其中，磁场需具备层层嵌套的磁面，如同洋葱结构；散度必须为零，即磁力线不能凭空产生或消失；磁力线沿环向运动时，还需绕截面旋转，形成螺旋轨迹，物理学家称之为“旋转变换”，记作ι。

最后，整个磁笼子需满足MHD（磁流体力学）力平衡，等离子体向外的压力与磁场力处处抵消。

他还特别注明，ι最好不是整数，但此条非强制要求。

他甚至提供了三种实现旋转变换的思路：让磁轴扭曲、让截面旋转，或沿磁轴通入电流。

写到末尾，他换了语气，仿佛在鼓励一位熬夜的博士生。

Astra回应时，第一句话便是：

我找到了一组显式、精确的解。

Landreman列出的所有硬性条件，这组解均满足。

压力并非恒定，从内向外逐层变化；层层嵌套的磁面，也能用公式精确表达。

中央的磁轴上下起伏，呈非平面曲线；环向一圈，各处形状各异，无轴对称性。

切开第一组解，三个位置的截面形状各不相同，磁轴随之上下移动

接着，它主动指出了不足。这组解的旋转变换ι为整数，磁力线沿环向一圈，恰好绕截面旋转两整圈，回到起点，首尾闭合。

用其自身的话说，绕环一圈的返回映射是恒等映射。

Landreman在提示词中提及，ι非整数仅为加分项，因此这组解算通过。但他更期望的是ι为无理数的解，让磁力线永远无法返回起点，最终在磁面上缠绕无数圈。

第二天下午4点05分，Landreman将这组解作为附件发回，要求它同时满足加分项。

其中，ι必须为非整数，最好是无理数，使磁力线永不首尾相接。结尾仍是那句鼓励。

这一次，Astra思考了33分37秒，首次回应是“未能成功”。

但它并未空手而归，而是证明了一条限制。

第一组解基于一套“二次振子”结构，磁力线沿x、y、z三个方向的运动，如同三个频率分别为1、1、2的弹簧振子。

无论调整频率和参数，这三个频率都会锁定为整数比，ι始终为整数，磁力线最终闭合。

这意味着，在第一组解的基础上修补，从根本上行不通。

在同一对话中，它随后换用另一套结构，交出了第二组解。

这一次，ι随磁面变化，物理学家称之为磁剪切，几乎每层磁面上的ι均为无理数。

第二组解：磁面边旋转边扭曲，红黄两色是磁力线

交卷前，它还自行验算，在1202个点上代入方程，使用64位自动微分检查误差，又用四阶有限差分独立核对一次。

当晚8点27分，Landreman追问了两个细节。

一是磁轴是否为平面曲线；二是真空旋转变换是否非零，即仅靠外部线圈、不依赖等离子体自身电流，磁力线是否仍绕截面旋转。

11分钟后，Astra给出答案。

磁轴位于一个平面上，呈椭圆形；真空旋转变换很小，但确实非零。

两天时间，Astra交出了两组解。剩余十余天，由人类完成。

他用仿星器平衡求解器DESC，对两组解分别计算，再用SymPy和Mathematica逐项推演方程。

9月22日，论文上传至arXiv，致谢开头写道：

这些解由人工智能模型GPT-6 Astra Pro发现，论文部分内容也由其起草。所有方程由作者手工确认。

他还将三段对话导出为PDF，连同验证脚本，一并放入论文的GitHub仓库。

这种连原始提示词都全盘公开的论文，实属罕见。

Grad的断言，让仿星器停滞59年

核聚变的目标，是将上亿度的等离子体，约束在一个甜甜圈形状的磁笼子内。

理想的磁笼子，是一层层嵌套的磁面，如洋葱般结构。磁力线沿各自磁面绕行，压力从中心向外逐层递减。

等离子体向外扩张的力，与磁场的力处处抵消，物理学家称此状态为MHD平衡。

托卡马克（如ITER和中国的EAST）具有轴对称性，环向一圈，截面形状不变。这种平衡归结为二维的Grad-Shafranov方程，数十年前已解明。

方程名中的Grad，正是后来提出此猜想的学者。

仿星器（如德国的Wendelstein 7-X）走另一条路，依靠一圈扭曲的线圈产生磁场，故意不对称。

Wendelstein 7-X的磁体，蓝色部分为扭曲的非平面线圈

问题在于这种不对称。

1967年，纽约大学Courant研究所的Harold Grad在《Physics of Fluids》上发表论文，写道：

我们认为，不太可能存在一般的一类具有光滑压力的环形平衡。

1985年，他进一步断言，除对称情况外，不存在光滑依赖参数的解族。即，不对称的解即便偶然存在，也仅是孤立的个例。

那篇论文的标题为《简单环形等离子体平衡不存在性的理论与应用》。

这相当于对仿星器派说，你们想构建的完美磁笼子，严格说来可能根本不存在。

此后数十年，仿星器仍在设计、建造，依赖近似解和计算机数值计算。计算出的平衡，究竟是真实存在，还是近似带来的假象，无人能保证。

离严格答案最近的尝试，有两类。

一类是近轴展开，仅在磁轴附近计算近似解，远离磁轴便失效。

另一类是1970年物理学家Lortz的证明，即一种带镜面对称的不对称平衡确实存在，但此类解的旋转变换ι为零，磁力线不绕截面旋转，无法约束等离子体；且他只证明了解的存在，未能写出解。

而Landreman的两组解，一次性补齐了这些缺口。

它们在整个甜甜圈内严格成立，不仅限于磁轴附近；ι非零，磁力线确实绕截面旋转；且为精确解析解，公式可直接写在纸上。

磁场、磁面和压力，全部由初等函数表达，如平方根、三角函数等基础形式。整个区域处处光滑，压力在磁轴处最高，向外递减（压力梯度仅在磁轴处为零）。

对此，Landreman在论文结尾写道：

对仿星器聚变而言，能确切知道这种强非对称、磁面完美的平衡原则上存在，令人安心。

早一天，数学家借助GPT和Claude也推翻了它

就在Landreman发表论文的前一天，9月21日，另一篇论文先挂出，标题直接为《Grad猜想的反例》。

作者为布朗大学的Javier Gómez-Serrano、牛津大学的Mitchell Taylor和以色列巴伊兰大学的Lukas Liehr。

Gómez-Serrano此前与DeepMind合作，用AI在流体方程中寻找奇点，是AI数学圈的熟面孔。

他们采用纯数学方法，主要工具为硬核分析中的Nash-Moser迭代，整篇论文达147页。

他们构建的平衡，形状像N瓣的花环。绕中心轴每转360/N度，形状重合一次，此外再无其他对称。数学上，这称为对称群恰好是循环群C_N，N可取任意足够大的整数。

Gómez-Serrano团队构建的平衡：嵌套的压力面、一条闭合的磁力线和磁轴

Grad当年的判断是，光滑平衡至少需占轴对称、镜面对称、螺旋对称中的一种。这批花环形平衡无一符合。它仅在转过固定角度时重合，而轴对称要求任意角度均不变，因此不算。

更关键的是，这些平衡能随一个参数连续变形，构成完整一族。Grad 1985年断言“不存在光滑的解族”，这一句也被推翻。

此外，主要结果还配有一套Lean 4形式化证明。

Lean仓库首页，上方为形式化的主定理，下方为交互图

这147页如何写成，论文中有专门介绍。

项目于7月启动。三位作者先自行搭建问题，绘制详细构造路线图，剩余细节交由大模型处理。

GPT-5.6 Sol、Claude Fable 5和Claude Opus 5轮流上阵，路线图中未详述之处，由它们补充技术细节、辅助计算、挑出数学错误。那套Lean代码，也在作者监督下由这些模型编写。

到Lean验证后期，他们换用了更新的GPT-6 Astra和Claude Fable 5.1，最终校对也由它们完成。

就这样，一道悬了59年的难题，在AI的助力下，一周内被两篇论文先后推翻。

下一个被推翻的，可能在物理系

一个月前，OpenAI宣布用上万个Agent运行88小时，攻克纳维-斯托克斯方程那道千禧年难题。

这一次，仅用了一位物理学家、一个对话框和20分钟。

Landreman还将提示词全部公开，任何人都可照此提问。

论文发布一周多后，从事AI数学的数学博士Przemek Chojecki，将这些结果输入GPT-6 Astra和Opus 5.5，又挖掘出更多反例族。

这些新解尚未经过Lean验证和同行评审。但一组解刚公开，已有人用AI继续深挖。

接下来，越来越多的物理学家会效仿Landreman，将抽屉里悬了数十年的老问题，直接交给AI。

这一次是核聚变。下一次，可能是材料、天体，或任何一道被近似解凑合了几十年的方程。

参考资料：

https://x.com/itsolelehmann/status/2107144201314181183

本文来自微信公众号“新智元”，作者：ASI启示录，编辑：摩西，36氪经授权发布。