ChatGPT助力理論物理取得新進(jìn)展 | 深度報(bào)道

原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報(bào)》2026年第5期科技新聞-深度報(bào)道

ChatGPT助力理論物理取得新進(jìn)展——物理學(xué)家融合人類智慧與AI輔助數(shù)學(xué)，證實(shí)曾被質(zhì)疑的粒子相互作用實(shí)則可行

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一次高能核碰撞后的情景，該過程曾在極短時(shí)間內(nèi)釋放出夸克和膠子（圖片來源：布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）

一個(gè)看似意外的新“成員”正在進(jìn)入理論物理研究的隊(duì)伍——ChatGPT。長(zhǎng)期以來，物理學(xué)家普遍認(rèn)為，一類涉及膠子的特殊相互作用幾乎不可能發(fā)生。但最新研究表明，這一過程實(shí)際上可以存在，只不過發(fā)生在質(zhì)子和中子內(nèi)部極為復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)之中。哈佛大學(xué)、范德堡大學(xué)等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)2026年初在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）年會(huì)上報(bào)告了這一成果。

美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校曼尼·L·鮑米克理論物理研究所粒子理論學(xué)家Zvi Bern表示：“這些想法本身并不算革命性，但真正具有革命意義的是——一臺(tái)機(jī)器竟然能夠完成這樣的工作。”

膠子是傳遞強(qiáng)核力的無質(zhì)量量子粒子，該力將夸克束縛成質(zhì)子和中子，也將質(zhì)子和中子束縛成原子核，并使膠子彼此結(jié)合。由于強(qiáng)相互作用極強(qiáng)，描述它的理論在數(shù)學(xué)上幾乎不可解。理論物理學(xué)家將膠子的每種特定相互作用（如2個(gè)膠子相互彈射產(chǎn)生第3個(gè)膠子）用稱為散射振幅的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，該表達(dá)式大致給出相互作用發(fā)生的概率。但即使對(duì)于最簡(jiǎn)單的相互作用，這些散射振幅的求解也令人望而生畏。

ChatGPT幫助破解了其中一個(gè)難題。膠子的自旋略似陀螺，可沿運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)（如同右手四分衛(wèi)投出的橄欖球），亦可反向旋轉(zhuǎn)（如同左手四分衛(wèi)投出的橄欖球）。后者情況下，膠子被稱為具有負(fù)螺旋度。數(shù)10年來，物理學(xué)家認(rèn)為在任意數(shù)量膠子的最簡(jiǎn)單碰撞中，所有粒子中至少有2個(gè)必須具有負(fù)螺旋度。若僅有1個(gè)具有負(fù)螺旋度，散射振幅必為零。

然而，大約1年前，3位理論學(xué)家發(fā)現(xiàn)了1個(gè)可能的例外：如果所有粒子大致沿同一方向運(yùn)動(dòng)，一個(gè)負(fù)螺旋度膠子或許可以與多個(gè)正螺旋度膠子發(fā)生相互作用。接下來，他們需要給出嚴(yán)格證明。哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家、該研究共同作者Andrew Strominger表示，他與同事最初認(rèn)為幾周內(nèi)即可驗(yàn)證猜想。但計(jì)算最終變得繁瑣耗時(shí)。經(jīng)過數(shù)月手工推演，高等研究院高能物理學(xué)家Alfredo Guevara終于在團(tuán)隊(duì)的散射振幅公式中發(fā)現(xiàn)規(guī)律：描述4個(gè)膠子的方程與5個(gè)膠子的方程相似，依此類推。

團(tuán)隊(duì)希望將公式推廣并證明該相互作用對(duì)任意數(shù)量膠子均成立，但所得表達(dá)式長(zhǎng)達(dá)數(shù)10項(xiàng)，基本無法處理。研究者懷疑這片“泥沼”中隱藏著優(yōu)雅簡(jiǎn)潔的公式：1980年代曾為類似膠子相互作用發(fā)現(xiàn)過此類公式。但即使工作1年，研究者仍無法簡(jiǎn)化所得結(jié)果。

美國(guó)范德堡大學(xué)理論物理學(xué)家Alex Lupsasca同期加入創(chuàng)建ChatGPT的OpenAI公司新成立的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)提升ChatGPT的科學(xué)能力。他聯(lián)系了其博士導(dǎo)師Strominger，發(fā)現(xiàn)這個(gè)膠子問題正是完美的測(cè)試對(duì)象。Lupsasca表示：“我當(dāng)時(shí)想，這很可能行不通，但我們會(huì)弄清原因，并據(jù)此調(diào)整人工智能模型。”

經(jīng)過初步試探后，理論物理學(xué)家要求OpenAI最新且最先進(jìn)的公開模型ChatGPT-5.2 Pro簡(jiǎn)化4個(gè)膠子的表達(dá)式，模型約20 min內(nèi)完成。隨后他們要求對(duì)5個(gè)膠子執(zhí)行相同操作，繼而6個(gè)。GPT-5.2 Pro成功將32項(xiàng)之和簡(jiǎn)化為僅幾項(xiàng)的乘積，全部壓縮至單行文本。最終，團(tuán)隊(duì)要求AI將公式推廣至任意數(shù)量粒子。這次，模型在一兩分鐘內(nèi)回復(fù)，宣稱其解法“顯而易見”。

擔(dān)心答案可能是幻覺，研究者核查公式未發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤。Strominger表示：“突然間，我感覺我的機(jī)器從機(jī)器變成了活生生的存在。”隨后，團(tuán)隊(duì)將GPT-5.2 Pro生成的推廣公式輸入OpenAI正在開發(fā)的內(nèi)部模型，要求其提供證明。經(jīng)過12 h處理，該模型輸出了一份通過人工核查的穩(wěn)健證明。

2月12日論文上傳至預(yù)印本服務(wù)器arXiv后數(shù)小時(shí)內(nèi)，該研究即在社交媒體引發(fā)熱議。2月13日Lupsasca在會(huì)議報(bào)告團(tuán)隊(duì)成果時(shí)，在場(chǎng)物理學(xué)家深感震驚。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校粒子理論學(xué)家Aida El-Khadra表示：“OpenAI智能體展現(xiàn)的能力令人印象深刻。”

論文作者對(duì)AI在科學(xué)領(lǐng)域的未來持樂觀態(tài)度。Guevara表示：“這是我們開展物理學(xué)方式的范式轉(zhuǎn)變。”他認(rèn)為AI將能為物理學(xué)實(shí)現(xiàn)其近期為編程所做之事：變得如此出色，以至于人類用戶可日常依賴它處理任務(wù)而無需詳盡審查。1年前自稱AI懷疑論者的Lupsasca表示：“我認(rèn)為某種閾值正在被跨越。”

更廣泛的物理學(xué)界以謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度接收這一消息。Bern與El-Khadra預(yù)期AI助手將協(xié)助常規(guī)任務(wù)、發(fā)現(xiàn)研究錯(cuò)誤、加速論文撰寫進(jìn)程，并彌合跨領(lǐng)域信息鴻溝。兩者均提及學(xué)術(shù)物理學(xué)中使用AI的擔(dān)憂，例如研究者未聲明使用AI，或大型語言模型可能自動(dòng)化傳統(tǒng)用于訓(xùn)練研究生的諸多研究任務(wù)。但二者均不擔(dān)心ChatGPT將取代他們的工作。El-Khadra表示：“在我看來，這一切都不意味著科學(xué)家將被取代。”

Lupsasca希望研究者能利用AI解決理論物理學(xué)最大難題：調(diào)和量子力學(xué)與引力。他計(jì)劃將團(tuán)隊(duì)方法拓展至引力子（傳遞引力的假想量子粒子），并尋找數(shù)學(xué)描述特殊版本量子引力的方法——該理論即使在高能條件下仍保持良好行為，或許“在今年年底前”實(shí)現(xiàn)。

文/ Perri Thaler

（譯自Science，2026，391（6788））

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