GPT-6 Astra 在數論領域取得一項可驗證的進展。據網友 Captain Sude 公佈,Astra 無條件證明了哥德巴赫猜想的一個弱化版本——劉維爾(Liouville)形式:對於所有大於 2 的偶數,都能找到兩個劉維爾函式值為 -1 的正整數之和。該證明已通過 Lean 4 形式化驗證,並被獨立複核確認可完整重新編譯。

要理解這項成果的分量,需要回到問題的源頭。1742 年,哥德巴赫在給尤拉的信中提出:任一大於 2 的偶數都可寫成兩個素數之和。近三個世紀以來,從哈代、李特爾伍德到陳景潤證明「1+2」,人類始終未能拿下「1+1」這顆明珠。素數分佈過於詭異,直接強攻難以奏效。

於是數學家另闢蹊徑,引入劉維爾函式 λ(n) 作為素數的「替身」:一個數含有的質因子個數為偶數時 λ(n)=1,為奇數時 λ(n)=-1。所有純素數(2、3、5、7、11 等)的 λ 值都是 -1,但反過來不成立,比如 8、12 的 λ 值也是 -1。2018 年,數學論壇 MathOverflow 上有人提出弱化版猜想:對每個大於 2 的偶數 N,是否總能找到 a+b=N,且 λ(a)=λ(b)=-1。若經典哥德巴赫猜想成立,這一命題必然成立;但它放寬了條件,允許加數是質因子個數為奇數的合數,而非必須是純素數。

放寬條件後,問題依然極難。其核心在於研究正負交替的符號在加法組合下是否互相抵消,這關乎打通數學中「乘法結構」與「加法組合」的橋樑。2024 年,數學家 Alexander P. Mangerel 在一篇論文中證明:對所有足夠大的偶數,該猜想成立。但該證明帶有兩個限制:一是隻覆蓋「足夠大」的偶數,不包含較小的情形;二是嚴重依賴廣義黎曼猜想(GRH),只有在 GRH 成立的前提下結論才成立。

Astra 此次的突破正在於同時拆掉了這兩道枷鎖。它先給出了一份僅兩頁的 PDF,宣佈無需廣義黎曼猜想,即可無條件證明:所有能被 4 整除的正整數,都可表示為兩個劉維爾值為 -1 的正整數之和。證明思路是反證法:假設存在一個不被 3 整除的奇數 m,使得在 4m 這個規模下不存在符合條件的拆分,再借助 Mangerel 論文中的一個無條件相關性界限,通過乘以 4 不改變劉維爾值、乘以 2 會翻轉劉維爾值等性質,構造差值最小的一對加數,利用其與 3 的整除關係推出矛盾。整個推導只用初等代數,步驟簡潔到高中生也能看懂。

據專案作者 Captain Sude 透露,Astra 在第一天證明「4 的倍數」情形後,第二天又找到一條全新的初等證明路線,把結果推廣到全部大於 2 的偶數,且沒有任何「充分大」限制、沒有有限例外集。其證明採用「結構轉化」而非暴力窮舉:先證明對每個大於 3 的素數 p,都存在 2p=u+v 且 λ(u)=λ(v)=1;再把劉維爾函式延拓到有限域上定義函式 G,利用乘以 -2 與乘以 -3 的可交換性讓兩條路徑互相抵消,消去區域性缺陷;隨後通過下降引理把區域性乘法規則傳播到整個有限域,迫使 G 成為全域性嚴格的乘法物件;最後用二次互反律找到一個在有限域內是平方數、但本身是素數因而劉維爾值為 -1 的元素,匯出 1=-1 的矛盾,從而推翻初始假設。

驗證環節同樣關鍵。Astra 同時提交了 Lean 4 的完整形式化驗證。知乎使用者 @SUNNY99 對 Astra 開源的 v1.0.0 版本做了獨立複核,結果顯示 Lean 證明可完美重新編譯,最終定理與論文主張一致,程式碼中沒有「sorry」(Lean 中代表未填補的漏洞),沒有自定義數學公理,所有公理依賴正常,249 個偶數的數值冒煙測試全部通過。

需要嚴謹指出的是,這並不等於經典哥德巴赫猜想已被解決。目前拿下的是其劉維爾弱化版本,從「質因子個數為奇數的合數」跨越到「純正素數」之間仍隔著天塹。但這項成果在兩方面意義顯著:在純數學層面,它為「乘法結構」與「加法組合」之間搭起了一座橋樑,可能成為未來攻克原版猜想的鑰匙;在 AI 層面,它展示出模型可以給出被形式化工具確認的優雅推理,而非僅靠算力或記憶取勝,這與以往 AI 在圍棋、蛋白質摺疊等任務上的表現路徑明顯不同。