Нейросеть OpenAI справилась с частью одной из самых сложных математических задач современной физики, над которой учёные бились десятилетиями. Группа экспертов под руководством нобелевского лауреата Дэвида Гросса подтвердила доказательство существования квантовой теории Янга-Миллса, лежащей в основе современной физики элементарных частиц. Самое необычное, что специалисты признали результат математически обоснованным, хотя пока не до конца понимают, как искусственный интеллект пришёл к решению.
Эксперты изучили доказательство, проверили его математическую основу и опубликовали материалы для независимого изучения. По заключению группы, нейросеть смогла строго построить квантовую теорию Янга-Миллса в четырёхмерном пространстве-времени, где три измерения отвечают за пространство, а четвёртое за время. Работа затрагивает одну из задач тысячелетия, за полное решение которой обещан миллион долларов. Однако главный вопрос физикам ещё предстоит решить.
Чтобы понять значение результата, достаточно вспомнить, как физики изучают элементарные частицы. Уравнения позволяют с удивительной точностью предсказывать, что произойдёт при столкновении частиц в ускорителе и как действуют фундаментальные силы природы. Теория Янга-Миллса лежит в основе многих расчётов Стандартной модели, которая описывает устройство микромира. Учёные успешно пользуются соответствующим математическим аппаратом десятилетиями, но до сих пор не могли полностью доказать, что лежащую в его основе квантовую теорию можно построить без математических противоречий.
Нейросеть предложила путь к такому доказательству. В основе решения лежит подход, при котором пространство-время сначала разбивают на крошечные ячейки и описывают поведение квантовых полей на получившейся решётке. Затем математики постепенно уменьшают размер ячеек, пытаясь перейти к непрерывному пространству-времени. Именно на таком переходе прежние попытки сталкивались с серьёзными трудностями. По оценке экспертной группы, созданная ИИ математическая конструкция позволяет выполнить необходимые шаги для чистой теории Янга-Миллса, в которой рассматривают поля взаимодействия без добавления частиц вещества.
Доказательство проверили с помощью системы Lean, которая разбирает математические рассуждения на отдельные логические шаги. Компьютер проверяет каждый переход и не принимает вывод, если тот не следует из заданных правил. Эксперты дополнительно проверили формулировки, зависимости и работу программного кода. При этом автоматическая проверка сама по себе не гарантирует, что математические определения точно передают нужную физическую теорию. Для окончательной оценки требуется участие специалистов.
И здесь возникла неожиданная трудность. Доказательство оказалось настолько длинным и сложным, что даже опытные физики пока не смогли полностью разобраться во всех рассуждениях нейросети. Для изучения кода эксперты прибегли к помощи модели OpenAI Astra, но признали, что их понимание работы остаётся неполным. Получилась необычная для науки ситуация: формальная проверка подтверждает математический результат, а людям ещё предстоит восстановить логику решения и понять, какие новые идеи использовал искусственный интеллект.
Несмотря на успех, миллион долларов пока никто не получит. Институт математики Клэя включил задачу Янга-Миллса в число семи знаменитых задач тысячелетия ещё в 2000 году. Для победы необходимо доказать существование квантовой теории и наличие так называемой массовой щели. Первую часть, по мнению экспертной группы, нейросеть решила, но вторая остаётся открытой.
Массовая щель означает, что для возбуждения квантового поля нужна определённая минимальная энергия. Между состоянием с наименьшей энергией, которое физики называют вакуумом, и ближайшим возбуждённым состоянием должен существовать ненулевой промежуток. Эксперименты и компьютерное моделирование указывают на наличие массовой щели, однако математически доказать её существование пока не удалось. Работа OpenAI также не устанавливает единственность предела при переходе к бесконечному объёму пространства.
Компания объявила о результатах ещё в октябре. По словам разработчиков, нейросеть подготовила первоначальное доказательство в сентябре, а в октябре завершила его формальную проверку. OpenAI также заявила о доказательстве существования квантовой хромодинамики, которая описывает сильное взаимодействие кварков и глюонов. Однако опубликованная экспертная оценка касается чистой теории Янга-Миллса. Более широкие утверждения компании ещё требуют отдельного изучения.
Споры вызвал и порядок публикации. OpenAI сначала передала материалы небольшой группе приглашённых физиков, позволив им самостоятельно решить, когда открывать доказательство для остальных исследователей. Часть математиков раскритиковала закрытый подход, поскольку независимая проверка могла начаться раньше. Теперь материалы доступны научному сообществу, и специалисты смогут подробно изучить рассуждения нейросети, проверить выводы и попробовать использовать найденные методы для решения оставшихся вопросов.
Главная интрига теперь даже не в том, насколько близко искусственный интеллект подошёл к премии. Нейросеть подготовила математическое доказательство, которое признали ведущие специалисты, но полноценное объяснение ещё предстоит создать людям. Если независимая проверка подтвердит выводы экспертной группы, физики получат новый инструмент для изучения квантовых полей и редкий пример научного результата, в котором компьютерные рассуждения опередили человеческое понимание.