Claude完成费马大定理首个形式化验证:11天超越人类十年预估工期


Anthropic的Claude用11天干完人类计划10年的活,把费马大定理拆解成了1300万行可验证的计算机代码!

这件事改写的不只是数学证明的速度,整个数学界的规则都在悄悄松动!

费马大定理问世三百多年后,Claude借助Lean证明助手,在11天内完成该定理的全流程形式化验证,产出1300万行代码。这项工程远超人类协作的效率边界,也给数学同行评议体系带来全新的冲击与思考。


人类证明靠同行信任,Lean只认代码逻辑

1993年,英国数学家安德鲁·怀尔斯站在剑桥大学的演讲台上,当众宣布自己证明了费马大定理。在场的学者集体起立鼓掌,数学界都以为这个悬置三百多年的难题就此落定。

没过多久,负责审稿的数学家就在证明里发现了一个关键逻辑缺口。怀尔斯退回书房,又花了足足十四个月修补漏洞,才最终拿出完整可信的证明。这个小插曲暴露了一个常人很少留意的事实:数学证明的“发表”和“成立”之间,隔着一条靠信任填充的鸿沟。

人类数学家读论文的方式,和普通人读小说没有本质区别:遇到“显然可得”的推导,读者就默认步骤成立;遇到“根据某某定理”的引用,读者就默认定理适用。这套体系运转了几百年,靠的是同行间的学术信誉,靠的是造假的代价高到没人愿意触碰。

但是,Lean证明助手的出现,直接抽走了这条信任基石。

你可以把Lean理解成数学世界里的超级严格编译器:数学家把每一步推导都写成Lean能识别的规范代码,它就会逐行核对逻辑;这个结论能不能从前面的步骤里合法推导出来,不能的话直接报错,半分情面都不会讲。

人类说“我证完了”不算数,Lean打出“检查通过”的标记才算数!这就带来了一个夸张的工程难题:怀尔斯的原始论文只有129页,可它用到的前置理论横跨代数数论、模形式、伽罗瓦表示等多个领域,要把这些内容全部翻译成Lean代码,工作量远超任何一个数学家的毕生精力。

帝国理工学院的数学家凯文·巴扎德在2024年牵头启动了这个翻译项目,他当时预估,整个团队做完这件事至少需要10年。

Claude只用了11天。


1300万行代码背后,是两万多级数学台阶

Claude最终产出的代码总量达到1300万行,累计证明了约三万零三百个数学定理,其中两万九千五百个属于“中间定理”。

这个数字不能只看表面,得拆开才能看懂它的分量。人类数学家写证明时,可以自由引用已有的公认结论。你在论文里写“根据费马小定理”,不需要把费马小定理的证明过程再写一遍,同行默认这个结论是对的,也默认你用对了。

但Lean不认这套默认规则。你要引用费马小定理,就得先把费马小定理在Lean里完整证明一遍,通过检查之后才能调用。每一个前置概念,每一个被引用的定理,每一步推导的逻辑规则,都必须有对应的Lean代码做支撑。

这意味着Claude做的工作远不止“翻译怀尔斯的论文”这么简单!它相当于从最基础的皮亚诺公理开始,把通往费马大定理的整条数学知识链条,完完整整在Lean系统里重建了一遍。

那些中间定理,就是这条长链上的一个个台阶。两万九千五百个中间定理,等于搭出了两万九千五百级严格验证过的阶梯,每一级都必须稳稳立住,上面的所有推导才能成立。少了任何一级,整个证明都会直接坍塌。

这也是1300万行代码体量惊人的原因。Lean官方有一个由全球数学家花了十几年手工维护的核心数学库Mathlib,Claude在11天里写出来的代码量,是整个Mathlib规模的五倍还多。

但是,这项看起来碾压人类的工程成果,藏着一个让很多数学家心里发闷的事实。


代码验证全通过,数学家却读不懂逻辑

凯文·巴扎德审阅完Claude的成果后给出了明确结论:以前他有百分之九十九点九的把握认为怀尔斯的证明是正确的,现在他有百分之百的把握。

这是极高的认可,却不是故事的终点。巴扎德同时指出,Claude生成的代码和人类维护的Mathlib完全不同,它堆出了两万九千五百个中间定理,却没法直接被数学家复用。

换句话说,Lean确认这套推导全对,但这套代码的可读性和可维护性是另一回事。人类数学家打开这1300万行代码,看到的是密密麻麻的定义和引理,没有注释,没有章节划分,也没有“为什么要这么推导”的说明。它像一台精密运转的机器,没人能说清这台机器的设计思路。

多伦多大学的数论学家丹尼尔·利特给出了一句评价:如果它能形式化费马大定理,那么它大概就能形式化任何东西。

这句话反过来想更有意思。如果AI能把任何数学证明都形式化、都交给机器验证,那数学家还需要亲手理解那些证明的细节吗?

这已经不是效率问题,这直接触及了数学研究的本质意义。


同行评议要变天,但新麻烦也跟着来了

加州大学圣地亚哥分校的数学家弗雷德里克·曼纳斯点出了当下的行业困境:随着数学论文数量变多、篇幅变长、内容越来越细分,同行评议变得更耗时,效果却越来越差。

传统的同行评议逻辑很简单:你把论文投给期刊,编辑找两三个深耕这个细分领域的专家,花几个月通读全文,判断证明对不对、有没有价值。这套体系在论文少、篇幅短的年代勉强够用,现在却处处卡壳。

现在的数学论文动辄上百页,涉及的细分领域越来越偏,全世界能完全读懂某一篇论文的人,可能连二十个都不到。结果就是审稿周期动辄以年计算,审稿人越来越难找,审稿质量也越来越没保障。

Lean认证提供了一条完全不同的出路。你不需要找懂行的数学家审稿,只需要把证明写成Lean代码,让计算机跑一遍就行。计算机不会累,不会走神,不会因为和作者关系好就放水,它只会一行一行抠逻辑,错了就直接报错。

这听起来像是一劳永逸的解决方案,事情却没那么简单!

Lean只能验证推导过程合不合法,不能判断这个定理本身有没有价值。一个数学家可以写出一篇逻辑完全正确但毫无学术价值的论文,Lean照样会给它打对勾,而同行评议的核心意义,恰恰是判断“这件事值不值得做”。

更麻烦的是前置代码的问题。Claude这次为了验证费马大定理,先形式化了代数数论、模形式、伽罗瓦表示等一大堆前置领域,每一个领域的形式化都是独立的大工程。如果每个数学家都用AI生成自己的Lean代码库,整个领域会变成什么样?

巴扎德直接提出了一个噩梦般的场景:如果AI生成的Lean代码和人类维护的Mathlib互不兼容,数学界会冒出一大堆互不通用的代码库;一个定理在A库被验证了,在B库却没法直接调用;形式化带来的确定性,反而会制造新的碎片化和混乱。


费马的页边玩笑,成了AI的数学体检报告

皮埃尔·德·费马在1637年写下那个著名旁注时,大概率只是随手记了一笔。他说自己发现了一个真正奇妙的证明,可惜书页的边距太窄,写不下。

这个写在页边的小玩笑,折磨了整个数学界三百五十多年,直到怀尔斯在1994年拿出完整证明,才算画上了一个句号。

现在,Claude又把这三百五十多年的数学成果压缩成了1300万行机器代码,让Lean逐行检查完毕。检查是通过了,但这件事的意义,远超过“验证了一个老定理”的范畴。

罗格斯大学的数论学家亚历克斯·孔托罗维奇说,这件事带给他的震撼完全不在“AI证明了定理”,而在于AI展现出了大规模自动形式化大型数学证明的工程能力。

从2024年项目启动到2026年完成,人类预估的工期是10年,AI实际用了11天。这个速度差不是“快一点”和“慢一点”的区别,是“人力极限”和“算力规模”的本质区别。

巴扎德还说了一句更值得琢磨的话:按照当前的发展速度,AI或许不久就能审视人类积累的整个数学知识库,甚至可能发现某些著名结论其实是错的。就在两年前,这还只是个没人当真的幻想。

“发现著名结论是错误的”这句话,戳中了数学界一个心照不宣的默认假设:已经发表的定理,除非出现明确的反例或者错误报告,否则就默认是对的。但这个假设从来没有被系统性验证过,因为没人有精力把人类几千年积累的数学知识,逐行逐句检查一遍。

AI现在有这个精力了。它会找出什么,没人知道。

Anthropic没有说接下来会不会继续做这件事。但Claude已经用实际行动证明,11天就能跑完一条从基础公理到费马大定理的完整验证链条。把这条链条扩展到整个人类数学知识库,在算力层面已经不再是幻想。

这件事的结局还远没有写完。Claude生成的1300万行代码已经在GitHub上公开,但全世界的数学家还在慢慢消化它的分量。巴扎德说,把其中一部分内容整合进Mathlib是有可能的,但对应的工作量同样巨大。

这意味着,AI生成的“不可读但可验证”的数学,和人类维护的“可读可扩展”的数学,这两条路径之间的鸿沟,到今天还没有被填上。

而挖下下一铲土的,不知道会是熬了好几年的人类数学家,还是又一个只用11天的AI。