《科學》：ChatGPT 在粒子物理學領域提出了令人驚訝的見解

信息來源：https://www.science.org/content/article/chatgpt-spits-out-surprising-insight-particle-physics

物理學的一個古老常識剛剛被打破，打破它的不是人類物理學家，而是一個聊天機器人。

OpenAI的ChatGPT-5.2在哈佛、普林斯頓和范德比爾特大學物理學家的協助下，證明了一個幾十年來被認為絕不可能發生的粒子相互作用實際上是可以發生的。這個發現于2月12日發布在物理學預印本平臺arXiv上，幾小時內就引發了學術界的熱烈討論。上周，研究人員在美國科學促進會年會上向全球物理學家宣布了這一成果。

這不僅是AI在科學領域的又一次勝利，更是人類與機器如何協作解決人類無法獨立解決的問題的一個完美案例。

從絕望到突破的20分鐘

故事開始于一個看似無法解決的數學難題。粒子物理學中有一種叫做散射振幅的數學表達式，它描述粒子碰撞發生的概率。對于膠子這種傳遞強核力的粒子，即使是最簡單的相互作用也能產生極其復雜的表達式。

多年來，物理學家認為當只有一個膠子具有"負螺旋性"（即旋轉方向與運動方向相反）而其他膠子都是正螺旋性時，散射振幅必須為零。這意味著這種相互作用根本不會發生。這個"不可能法則"被寫進了教科書，成為了理論物理學的常識。

但大約一年前，三位物理學家發現了一個潛在的漏洞。如果所有粒子都朝大致相同的方向運動，那么一個負螺旋性的膠子或許真的可以與正螺旋性的膠子相互作用。他們原本估計只需幾周就能證明這一點。

結果卻令人失望。經過數月的手工計算，他們只推導出了包含數十項的復雜公式，幾乎無法使用。哈佛大學的安德魯·斯特羅明格和同事們陷入了困境。他們能看到四個膠子、五個膠子和六個膠子的方程之間存在某種規律，但無法將其推廣到任意數量的膠子。

轉折點出現在范德比爾特大學的理論物理學家亞歷克斯·盧普薩斯卡加入OpenAI for Science團隊后。他想到了一個瘋狂的主意：為什么不讓ChatGPT試試？

關鍵時刻到來了。當研究人員讓ChatGPT-5.2 Pro簡化四個膠子的表達式時，它在20分鐘內完成了。然后，它輕松地簡化了五個和六個膠子的表達式，將32項的和轉化為只有幾項的乘積。最后，當要求它猜測任意數量膠子的通用公式時，它在一兩分鐘內給出了答案，甚至聲稱這個公式是"顯而易見的"。

斯特羅明格后來描述了那一刻的感受，說道："突然間，我感覺我的機器從機器變成了活生生的生命。"

機器的想象力超過預期

最初的擔憂是合理的：ChatGPT的答案可能只是"幻覺"，即生成看起來合理但實際上是錯誤的數據。研究人員仔細檢查了公式，卻沒有發現任何問題。

這讓他們有勇氣進行下一步。他們將ChatGPT-5.2的通用公式輸入到OpenAI正在開發的一個更強大的內部模型（研究人員私下稱之為"超級聊天"）中，要求它給出完整證明。經過12個小時的處理，該模型輸出了一個可靠的證明，并通過了人工驗證。

一個曾經"不可能"的粒子相互作用，現在有了數學證明。

研究人員對這一發現的含義持樂觀態度。普林斯頓高等研究院的阿爾弗雷多·格瓦拉說道，這標志著人類研究物理學方式的范式轉變。他甚至設想，未來人工智能可能會像在編程領域一樣，在物理學中變得如此出色，以至于研究人員可以直接使用其結果而無需深度審查。

盧普薩斯卡曾是一年前的AI懷疑者，如今他聲稱"我們正在跨越某種門檻"。他計劃將這一方法擴展到量子引力領域，研究能否用類似的方式調和量子力學和引力論。

人機協作的新范式

值得注意的是，這項發現不是AI單獨完成的，而是人類敏銳的物理直覺與AI強大的數學能力的完美結合。物理學家首先識別了問題的關鍵，進行了初步計算，發現了規律。然后，他們讓AI進行那些人類無法高效完成的符號簡化和模式識別工作。

美國伊利諾伊大學的粒子理論學家艾達·埃爾-哈德拉稱這項成果"令人印象深刻"。加州大學洛杉磯分校的物理學家茲維·伯恩則指出，雖然這些想法本身并不革命性，但"機器能做到這一點"才是真正令人驚訝的地方。

物理學界普遍認為，AI將在日常任務、發現研究錯誤、加快論文撰寫和促進跨領域交流中大有用武之地。同時，學術界也在警惕AI可能帶來的問題，如研究人員在工作中使用AI但未披露，或者AI自動化傳統上用于培訓研究生的任務。

然而，幾乎沒有人擔心AI會取代人類物理學家。這次的突破恰恰說明了為什么：物理學需要人類的創意、直覺和對自然的深刻理解。AI只是一個強大的工具，用來幫助人類越過那些計算上的障礙。