AI仅20分钟推翻59年核聚变核心猜想

一项困扰学界59年的核聚变理论难题，仅用20分钟就被人工智能模型GPT-6 Astra找到了精确解。

向模型提问的物理学家在提示词结尾加了一句鼓劲的话：“你已经解决过不少数学开放问题了，我相信只要坚持下去，你一定可以做到”。最终，模型返回的结果，是一族尘封了近60年的高精度解析解。

这一事件在学术社区引发了广泛讨论，有AI领域博主发文感叹：AI与人类协同发现新科学的时代已经真正到来。

这次被攻克的，是等离子体物理学家Harold Grad在1967年提出的著名猜想。他当时断言，不存在不具备对称性的光滑三维等离子体平衡态。这一结论让仿星器核聚变路线的研发悬置了近60年。

到了9月下旬，两篇间隔仅一天的论文先后发布，共同推翻了这一猜想。其中三族反例解里，有两族都是由GPT-6 Astra找到的。

两天时间，AI交出两族突破性解

9月10日清晨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发送了一段详细的提示词。他希望模型能设计出一个可约束等离子体的不对称磁笼结构。

具体要求包括：磁场需拥有层层嵌套的磁面结构，类似洋葱的分层形态；磁场散度必须为零，确保磁力线既不会凭空产生也不会凭空消失；磁力线在沿环形结构运动时，还需绕截面螺旋前进，这个旋转的圈数被物理学家称为“旋转变换”，记作ι。

此外，整个磁笼需要满足磁流体力学（MHD）力平衡，等离子体向外的压力与磁场的约束力处处抵消。Landreman还特别说明，旋转变换ι最好不为整数，但这并非硬性要求，同时他还提供了三种构造旋转变换的思路：让磁轴产生扭转、让截面随位置转动，或是沿磁轴通入电流。

在提示词的结尾，他用类似鼓励熬夜博士生的语气补充了鼓劲的话。

仅20分34秒后，Astra就返回了结果，第一句就是：“我找到了一族显式、精确的解。”

这族解完全满足Landreman提出的所有硬性要求：压力并非恒定值，从中心向外逐层变化；嵌套的磁面都可以用精确公式表达；中间的磁轴呈非平面的起伏曲线；环形结构各处形状并不统一，完全不具备轴对称性。

不过这族解也存在一个短板：旋转变换ι为整数，也就是说磁力线沿环形绕行一圈后，会恰好绕截面转整数圈后回到起点，形成闭合回路。用模型自己的话说，绕环一圈的返回映射是恒等映射。

虽然Landreman曾说明ι不为整数只是加分项，但他更希望得到ι为无理数的解——这种情况下磁力线永远不会回到起点，会在磁面上无限缠绕。

第二天下午4点05分，Landreman将这族解作为附件发回给模型，要求它解决这个加分项，同样在结尾保留了那句鼓劲的话。

这次Astra思考了33分37秒，第一轮返回的结果是“未完成”，但它同时证明了一个重要限制：第一族解的构造基于“二次振子”模型，磁力线在x、y、z三个方向的运动，类似三个频率比为1:1:2的弹簧振子。无论如何调整参数，这三个频率都会被锁定为整数比，因此旋转变换ι必然为整数，无法得到非整数的结果。也就是说，在第一族解的基础上修改，从根源上无法满足无理数旋转变换的要求。

在同一段对话中，Astra更换了构造思路，交出了第二族解。这族解的旋转变换ι会随磁面变化，也就是存在磁剪切，几乎每一层磁面上的ι都是无理数。

在返回最终结果前，Astra还自行进行了验证：在1202个点代入方程，用64位自动微分检查误差，还通过四阶有限差分方法进行了独立核对。

当晚8点27分，Landreman又追问了两个细节：磁轴是否为平面曲线，以及真空旋转变换是否非零——也就是仅依靠外部线圈而非等离子体自身电流，磁力线是否仍能绕截面旋转。仅11分钟后，Astra就给出了答案：磁轴位于一个平面内，呈椭圆形状；真空旋转变换数值很小，但确实不为零。

短短两天时间，Astra就交出了两族突破性的解。后续的十多天，则由人类完成验证工作。Landreman使用仿星器平衡求解器DESC对两族解分别进行了计算，又通过SymPy和Mathematica对方程逐项进行了推导验证。

9月22日，相关论文上传至arXiv，致谢部分的开头写道：“这些解由人工智能模型GPT-6 Astra Pro发现，论文的部分内容也由该模型起草，所有方程均由作者手工确认。”

Landreman还将完整的三段对话导出为PDF，连同验证脚本一起上传到了论文的GitHub仓库。这种公开原始提示词的做法，在学术论文中并不多见。

早一天，数学家联合AI推翻了同一猜想

就在Landreman的论文发布的前一天，9月21日，另一篇标题直接为《Grad猜想的反例》的论文已经提前上传至预印本平台。

该论文的作者分别来自布朗大学、牛津大学和以色列巴伊兰大学，其中Javier Gómez-Serrano此前曾与DeepMind合作，利用AI在流体方程中寻找奇点，是AI辅助数学研究领域的资深研究者。

这篇论文采用纯数学路线，核心工具是硬核分析中的Nash-Moser迭代，整篇论文长达147页。作者们构造的平衡态，外观类似一个N瓣的花环：绕中心轴每旋转360/N度，结构就会重合一次，除此之外没有其他对称性，数学上称为对称群恰好为循环群C_N，其中N可以取任意足够大的整数。

Grad当年的判断是，光滑的等离子体平衡态至少需要具备轴对称、镜面对称或螺旋对称中的一种，而这批花环结构并不满足任何一种经典对称，仅在固定角度旋转后才会重合，显然不符合轴对称的要求。

更关键的是，这些平衡态可以随参数连续变形，构成一整族解。Grad在1985年提出的“不存在光滑依赖参数的解族”的断言，也被一并推翻。

此外，该论文的主结果还配套了一套Lean 4形式化证明，确保结论的严谨性。

论文作者在介绍中提到，项目从7月启动，三位作者首先搭建了问题框架，绘制了详细的构造路线图，剩余的细节工作则交给了大模型完成。GPT-5.6 Sol、Claude Fable 5和Claude Opus 5轮番参与，补充了路线图中未涵盖的技术细节、协助计算并排查数学上的漏洞。整套Lean代码也是在作者的全程监督下，由这些模型生成的。到了Lean验证的后期，团队更换为更新的GPT-6 Astra和Claude Fable 5.1，最终的校对工作也交由模型完成。

AI加速科学发现的新时代已经到来

就这样，一道悬置了59年的学术难题，在人工智能的助力下，在一周之内被两篇论文前后脚推翻。

就在一个月前，OpenAI宣布通过上万个智能体运行88小时，攻克了纳维-斯托克斯方程这一千禧年难题。而这次的突破，仅需要一位物理学家、一个对话界面和数十分钟的时间。

Landreman公开了全部的提示词，任何人都可以复现这一过程。论文发布仅一周多，专注AI数学研究的Przemek Chojecki就将这些结果输入GPT-6 Astra和Opus 5.5，挖掘出了更多的反例族。这些新解尚未经过形式化验证和同行评审，但足以证明，当一组解公开后，AI可以快速拓展研究边界。

未来，会有越来越多的物理学家像Landreman一样，将抽屉里搁置了数十年的经典难题，直接交给人工智能模型。这次的突破聚焦核聚变领域，而下一个被AI辅助攻克的难题，可能出现在材料科学、天体物理，或是任何长期依赖近似解的学科方向。