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解读纳维-斯托克斯千禧年大奖问题 -- On the Navier–Stokes Millennium Prize Problem

我们分享纳维-斯托克斯存在性与光滑性问题的解,该问题是千禧年大奖难题之一。由开放人工智能(OpenAI)内部系统产生的证明显示,流体运动的纳维-斯托克斯方程能在有限时间内产生奇点,并分享证明文稿与精益(Lean)形式化。千禧年大奖难题代表数学前沿最深问题,光滑三维流体运动崩溃约90年未解。使用远超GPT‑6阿斯特拉(GPT‑6 Astra)的内部模型解决该问题。

正文

我们分享纳维-斯托克斯存在性与光滑性问题的解,这是千年大奖问题之一。OpenAI 内部系统给出的证明显示,流体运动的纳维-斯托克斯方程动力学可在有限时间内产生奇点。我们同时分享证明文稿与 Lean 形式化版本。

千年大奖问题代表数学前沿最深刻的问题。平滑三维流体运动是否会崩溃,约 90 年来悬而未决。

我们旨在赋能科学家推进造福人类的研究与技术。解决该问题使用了能力远超 GPT‑6 Astra 的内部模型,我们认为有必要让世界了解 AI 进展速度及后续模型的预期表现。

问题

纳维-斯托克斯方程用牛顿第二定律(F=ma)描述流体运动,视流体为连续介质而非追踪分子,用于飞行器设计、天气预报和血流研究。

根本未解问题是连续介质近似是否会崩溃:初始平滑的恒定密度三维不可压缩流体方程是否会产生“奇点”(速度有限时间内无界增长)?尽管粘性趋于平滑运动,奇点仍可能出现。真实流体不可能无限快,这将标志建模失效,需逐个追踪粒子。

方程源于 19 世纪纳维和斯托克斯。1934 年勒雷证广义解存在,但是否始终平滑成核心问题。2000 年克莱数学研究所将其列为七大千年大奖问题之一。

结果

系统给出分析证明与 Lean 形式化:初始静止平滑流体在有限时间生奇点,受平滑外力且全程能量有限,由此确立官方表述“C”(及“D”)而解决问题。

解是一个如意大利面般螺旋内收拉长的涡旋,中心缩小加速但能量有限。技术难点是方程须通过流体自身运动产生崩溃而非人为加无限力;数学上,加速度、压力梯度、动量传递、粘性项须既极大又精确抵消,使外力平滑而流速无界。

局部不可压缩运动快照:橙色标示较快角旋转,蓝绿色标示较慢旋转;环流速度取决于半径;轨迹显示向内螺旋与轴向拉伸。

我们如何找到证明

8 月 28 日起训练新内部模型,数学等基准表现空前且持续提升。

9 月 1 日闻两千年问题解决的传言,受此及模型性能跃升鼓舞,评估所有开放千年问题。用内部模型驱动的多智能体系统,工具含缓存互联网与代码,分组通信;纳维-斯托克斯组约 10,000 并发智能体,严守安全监控隔离。

对各问题用不同变体提示;对纳维-斯托克斯分示“A”“B”(证)与“C”“D”(反证)版本。

另试更简单问题,如去粘性后的欧拉方程正则性(未受力版),近 100 智能体约 50 小时给出反证。

见欧拉解后专注纳维-斯托克斯,调智能体并提示欧拉解,后续更新模型。鼓励多样探索,后用 Codex 整合各组洞见交叉引导,找到解的群组受此引导。

智能体 9 月 5 日(启动约 88 小时)给出解,Lean 验证经 GPT‑6 Astra 加 17 小时。

全程尝试发 490 万消息、约 3000 亿词元;其中纳维-斯托克斯占 270 万消息、约 1300 亿词元。

并行工作

工作始于 9 月 1 日传言,后知关 Anthropic 的 Levent Alpöge 与 NYU 的 Tristan Buckmaster。9 月 6 日完成后因以为他们有纳维-斯托克斯解而联系提议并行发布与认优先权,方知他们解的是受力欧拉问题。我们提供提示可见性并认其优先权、表祝贺。

我们及智能体公开前未见其工作,未访问特定用户数据。虽不大可能但难排去标识数据助益模型;然证明差异显著,欧拉案结果亦不同(受力与非受力)。

进展与责任

发布旨在报告 AI 重大进展,不打算申领大奖。

这是实质工作但非终点而是快照。我们相信已进入下一阶段 AI 进展,正聚焦理解模型以引导能力节奏。关键目标为构建可引导、可问责、与人联结的系统,或对进度更审慎,以确保 AGI 造福人类。

评论

多数人质疑 OpenAI 在解决 Navier-Stokes 问题时可能不当利用了其他数学家的未公开成果与日志,少数人则惊叹于 AI 算力突破千年难题并憧憬 AGI 前景,成本巨大与知识产权信任危机亦引发分歧。

质疑 OpenAI 可能受益于他人未公开工作

  • 多名用户指出官方声明中“不能完全排除使用他人产品数据”的表述,结合另一线程曝出的具体激进行为,令外界对并行工作数学家的怀疑显得可信;有人认为这种模糊免责实则不负责。(较多人) > OpenAI 自己都承认无法排除用了别人的数据,因此那些数学家的疑虑或许并非空穴来风。(@world2vec)

认为 AI 解决千年难题标志能力飞跃与 AGI 序幕

  • 部分用户激动表示此前“解千年题即 AGI”的玩笑成真,有人强调内部模型不到两周训练便在数学上远超近期公开模型,堪称“数据中心里的天才国度”时刻。(少数人) > 五百万消息、三千亿令牌、五天达成人类未及之事,这是首个“数据中心里的天才国度”时刻。(@lanthissa)

关注惊人算力消耗与成本

  • 用户测算仅输出令牌按 API 价约需一千五百万美元,若等价雇佣数十名数学家一年亦未必破解,凸显暴力堆叠算力的范式。(较多人) > 别的线程算出仅输出令牌就要一千五百万美元,我假定总花费相近。(@seizethecheese)

担忧云服务商可窥探并挪用用户知识产权

  • 较多人指出托管方有无限算力与日志权限,可从用户项目中提取灵感甚至直接抢占发现,企业难再信任;亦有人困惑数据使用政策,怕私密构思被未来模型吐出。(较多人) > 若你的发现流水线失败,他们用千倍算力做成并开新业务,你怎敢信任他们?(@lighthue1)

肯定同步发布 Lean 形式化证明

  • 少数人赞赏证明首日即附 Lean 验证仓库,便于第一时间核查正确性,而非数月后补形式化。(少数人) > 发布当天就有 Lean 证明对验证正确性极有帮助。(@Reubend)

认为不争奖项且 PR 叙事转向良性

  • 少数人注意到 OpenAI 明确不谋求千禧奖,可能为避免争议;其方法论称维持隔离监视,似从“黑客能力”PR 转为良善表述。(少数人) > 他们似从“非凡黑客能力”的幕后 PR 转向更良善的讯息。(@floatrock)

认为证明应经过同行评审

  • 少数人指出如此重要的成果仍应走传统同行评审以确认严谨性。(少数人)

有价值的补充

  • 成本类比:约 1500 万美元算力若改雇 60 名数学家年薪 25 万做一年,未知谁先破解,反直觉地揭示智能体集群的暴力搜索本质。
  • 精巧类比:“数据中心里的天才国度”形象概括万级并发智能体取代个体研究的范式转移。
  • 技术冷知识:Navier–Stokes 存在性与光滑性为千禧年大奖难题,OpenAI 称证出有限时间奇点并已在 GitHub 开源 Lean 形式化。