数学学生的焦虑:明天到底该做什么
好,我们来谈谈这件事。感觉整个数学界都沸腾了,大家都在讨论 AI 与数学。我已经思考这个问题很久了。上周我发了一条帖子,征集大家对此的疑问。我看到的许多留言来自学生,可能是博士生,也可能是原本打算进入数学或相近理论领域的本科生。
他们基本上都在问:我该怎么办?未来看起来这么不确定,我接下来究竟该做什么?很多人担心数学已经死了,或者数学已经被解决了。即使你不相信这两种说法,你也可能担心,数学以后变成的那个样子令人不快,或者不再是你当初想做的事情。
我还和不少教授聊过。他们也几乎是摊着手说:我该怎么告诉我的学生?在这样的时刻,我该怎样给他们建议?这期视频,我想集中讨论一条很有代表性的留言。它让我想起了很多其他人的担忧:"我是一名数学博士生,你就告诉我,明天该做什么吧。"
所以,我想提出一个看法,也想看看你是否赞同:从来没有比现在更适合投身数学的时候,也从来没有比现在更适合资助数学的时候。这个时期可能带来的最激进变化,是重新思考我们怎样分配学术贡献与荣誉。但数学这项事业本身、数学究竟是什么,却可能出人意料地不受太大影响。
甚至在一个假想的未来里,机器能做当今数学家能做的一切,而且做得更好,这个判断也可能成立。在视频的第一部分,我想先介绍一个自己的思考框架:列出数学家究竟在做哪些事,再列出数学通过哪些方式为世界创造价值,最后看看钱从哪里来,以及价值与资金来源之间是什么关系。
我认为,无论有没有 AI,这都是一个可以用于任何职业的有益练习。AI 加入讨论以后,这个练习仍然适用于任何职业:你可以问,假设机器在其中每项任务上都胜过人类,或者甚至在全部任务上都更强,会发生什么?
我当然不能声称自己能准确预测结果。我希望给这期视频里的判断留出非常宽的误差范围。总的来说,我只是想尽自己最大的诚意,把这个问题想清楚,并邀请你和我一起思考。
另外,值得提前说明:我并没有什么必须希望更多人进入学术数学界的切身利益。事实上,恰恰相反,我一直觉得,也许有太多学生出于不恰当的理由去读博士。如果你一直喜欢上学,而且学得很好,那么继续某种形式的学校生活就很舒服,而博士项目看起来像是这种生活的延续。
但你真正应该问的是:你希望怎样为世界上的其他人创造价值?你又该怎样使用和发展自己的技能,更好地做到这一点?学术研究或许是答案,也可能不是。提出这个问题很重要。
比如,现在有不少人离开学术界,是因为觉得自己最应该做的事情是 AI 安全。如果你就是这样的情况,那很好,去做吧,快去,快去,快去。但我此刻主要想对话的,是那些正在因为恐惧而考虑离开的人:害怕这个职业会消失,或者它不再是自己会喜欢的职业。
因为我真心相信,它不但会继续存在,而且仍然会非常有用,甚至比以往任何时候都更有用,同时也会充满乐趣。
数学研究在做什么,又创造了哪些价值
好,先来看数学研究包含什么。最显而易见的是证明定理。这是很多人投入大量时间的地方。我们有那句老话:数学家就是一台把咖啡变成定理的机器。但大家早就知道,而如今的讨论也反复强调,证明定理绝不是数学的全部,离全部还差得很远。
关于这一点,有句很好的话:好的数学家证明定理,伟大的数学家提出猜想,而最伟大的数学家写下定义。我们可以把它们加入清单:除了证明定理,还要判断什么问题值得提出。这其中包含大量的品味判断——你需要某种感觉,知道一个想法是不是足够有意思,能不能孕育出好的数学。
至于"写下定义",我想把它放进第三个类别:建立理论。你可能已经证明了一大批定理,也可能对什么问题值得问有所感知。但我们真正想从中获得的,是一种广泛而深入的理解:这里究竟发生了什么?
例如,笛卡尔引入笛卡尔坐标系时,重要的并不是回答了某一个特定问题,而是提供了一整套思考框架。伽罗瓦播下群论的种子时,它的意义也远远不只在于五次方程不可解;那是一种重新理解问题的方式,此后几个世纪里,它孕育出了极为繁盛、也极为有用的数学分支。
我觉得格罗滕迪克也是很好的例子。他喜欢用各种比喻,其中一个是:你想从一座山的山顶抵达另一座山的山顶,可以一路解决各种问题,先下山,再爬上另一座山;也可以让两座山之间的海水不断上涨,最后从一个山顶直接乘船驶向另一个山顶。
在这个比喻中,上涨的海水就是你建立的整套理论。你不一定是在证明某个特定定理,而是在形成一种更深、更全面的理解,理解真正发生了什么。另外还有应用这一部分:弄清楚这些抽象思想能以什么方式进入科学与工程。
所有这些类别都隐含着另一项工作:清楚地向别人解释你做了什么。不是把一个证明一股脑吐出来就够了,而是要给出动机合理、能让人理解的阐述。建立理论也不是只列一堆定义;伟大的数学家会有效地说明,为什么这些结构值得研究,并尽可能把自己的某些品味传递给别人。
再来看数学的价值。最显而易见的当然是应用,是它对科学与工程的意义。至少在纯数学领域,大家申请经费时都会写:有些应用可能处在很遥远的下游,几十年甚至几百年之后才会出现。我们可以列几个经典例子。
16 世纪,一群意大利人在研究如何解三次方程。有一种奇特的技巧,需要认真对待负数的平方根。让围绕它的理论建设延续几个世纪,我们就有了虚数,而虚数成为量子力学、电气工程、波动研究以及几乎各种领域的重要组成部分。
再比如,对欧几里得第五公设的追问,促使人们发展出非欧几何;经过一系列中间环节,我们抵达了广义相对论。又比如,对费马大定理的追求,发展出围绕代数几何、椭圆曲线等对象的大量美妙理论,它们后来又出人意料地用于密码学。这样的例子很多,大家都很喜欢列举。
不过,数学还有另一种价值,它不主要体现在社会层面的应用,而体现在个人层面:亲自做数学,接受一部分数学家的训练,会让你获得一整套解决问题的能力。而这些能力看上去能非常有效地迁移到其他地方。
所以,我们会看到,经济中的许多其他领域都有受过大量数学训练的人:计算机科学、机器学习研究、现在的 AI 安全、金融、密码学,等等。有的人只是上过数学系的几门课,有的人甚至读了数学博士,但最后没有成为数学家,而是把这些技能用在了别处。
这里似乎确实存在可以推广、迁移的东西。寻找恰当的抽象方式,以及这样一种解决问题的方法,会使人们在其他领域也更有价值。至于数学价值的第三个类别——
数学的审美乐趣与资金来源
——它常常受到低估,但我认为以后会越来越值得重视,那就是审美上的价值。单纯做数学本身,就有一种快乐。我个人会感受到一种非常具体的情绪:面对一道好题,突然看出它会怎样被解决,脑海里就像有什么东西"咔哒"一声对上了。
或者,我把一套以前没有接触过的新理论放在脑海里,看到各个部分怎样契合,就获得了一种完全不同的思考方式。我觉得数学的很多部分都能带来这种感觉:它会重新塑造你的思维。任何上过线性代数课的人,此后一生的说话方式都会有点不同,比如用"正交"这个词来谈论观点。
研究范畴论的人,有时会觉得脑子被彻底翻了个面,获得了一种全新的思考方式。这种感觉本身就让人满足,就是很好。如果你问数学家,是什么促使他们进入这个领域,并不是所有人都会这样回答,但我想对很多人来说,这才是真正的原因:做数学有一种快乐,一种艺术性的愉悦。
我也觉得,这有助于解释为什么现在人们对 AI 与数学的某些反应,会那么强烈地呼应艺术家对 AI 与艺术的反应。因为从某种意义上说,人们感觉它正在侵犯一种艺术形式。但如果我们把数学当作职业而不是爱好来考虑,没有资金来源,这些都无从谈起。
那么,数学的钱从哪里来?很大一部分来自教学。很多数学家是数学教授,在大学数学系里教书。数学系所教的人往往远远不止数学专业学生,因此在学分课时与学费收入中占有不成比例的重要份额。
当然也有公共资助,比如美国国家科学基金会 NSF 的拨款。还有来自不同机构的私人资助,例如西蒙斯基金会,有时也会有产业界的资金。顺便说一下,在这些资金来源里,教学是最大的一项。与其他科学相比,这算是数学的一个特点:数学研究相对便宜,而修读数学系课程的学生范围又相当广。
好,我们马上就要做一个思想练习:假设 AI 在数学研究各个环节上都比人类数学家更强,会发生什么?但在那之前,先弄清楚价值的这几层与资金来源的这几层之间是什么关系,可能会更有帮助。
例如,后两种价值——解决问题的本领,以及审美上的快乐——是个人层面的好处。只有亲自做数学的人才能体验到它们。公共资金的存在,并不是为了让圈内人享有一种既有声望、又赏心悦目的高雅爱好。
我觉得更好的理解是:后两种价值,主要经由教学进入资金链条。世界各地大学数学系走廊里的学生,大多是为了培养技术性的问题解决能力,希望这些能力能在别处派上用场。有些人也为了审美上的乐趣而来,我自己就是如此。
当然,数学还有其他好处,比如它能锻炼一套普遍有用的技能,这确实令人安心,也让自己的选择得到肯定。但坦诚地说,我从数学系获得的相当大一部分价值,就是审美上的。对整个社会的好处,当然来自下游应用。不过,我认为还有更多共同受益之处值得承认。
例如,数学科普——这个频道、Numberphile,或数学家的公开演讲所做的事情——确实是在尝试把这种审美乐趣分享给社会上更多的人。至于公共与私人资金的合理性,虽然大家写经费申请时都会围绕下游应用展开,我认为还有一种更重要的正外部性。
那就是,你拥有这样一套机构,持续培养出具有某种问题解决能力的人。它从世界各地吸引人才来到著名大学,在那里接受训练。其中多数人最后不会成为数学家,而会流向经济中其他非常有用的部门,运用这些可迁移的技能。
仅仅这一点,我就认为已经能使投入这些机构的资金获得相当可观的回报——至少,前提是它们确实培养了良好的问题解决能力,而这些能力——
先假设机器能胜任数学研究的各个环节
——确实能够迁移到其他领域。好,接下来进入核心:如果 AI 在数学研究的不同环节都变得很强,会发生什么?
当机器比数学家更善于证明定理
现在先讨论第一种情况:假设机器比数学家更擅长证明定理。在进入这个假设之前,值得退后一步,总结一下最近究竟发生了什么。正如我说的,我已经思考了很久。实际上,3Blue1Brown 背后一直有个不太引人注意的项目:大约从 2025 年年中开始,我就在录制与数学家的访谈,想听听他们如何看待 AI 进入数学这件事。
我得出的一个总体结论是:在任何一个时间截面上,人们都高估了它所处的位置,却没有高估它前进的速度。举个例子,大概是在 2023 年——我记得是那时候——有位朋友给我发短信:DeepMind 是不是刚刚碾压了奥数级别的几何题?
他指的是 DeepMind 发布的某个模型,能够回答 IMO 级别的几何问题。当时的回答大概是:是吧,可以这么说。但它显然不太符合我们所说的"解决 IMO 级别问题"的本意。那种做法感觉很定制化,也很依赖穷举;而这些题目本来应该需要某种创造力与想象力。
但如果把时间往后推两年,通用的自然语言模型,甚至不是那些专门定制的模型,已经能解决 IMO 级别的题目了。按照任何合理的"解决"定义,都可以说它们确实解决了。
又比如今年早些时候,开始出现一些所谓"埃尔德什问题"的证明。伟大的数学家保罗·埃尔德什提出过许多不同的问题,他很有判断好猜想的品味。这些问题有一份编号清单,自然就让模型公司很乐意把它们当成某种基准。不管这算不算好的基准,机器生成的证明确实越来越多。
最初,很多人会说:是,是,是,但仔细看,这里面很多只是唾手可得的成果。有些问题以前没人认真尝试,有些其实早已解决,只是记录得不够完善。模型不过是在重新包装已有成果,却没有给予相应的署名与引用——而这当然又是另一个大问题。
但到现在,已经没人会说,我们正在看到被解决的那些问题都只是低垂的果实了。很多都是相当严肃的问题,数学家曾经非常努力地寻找证明,而现在大语言模型给出了证明。这里我还想明确说明:即使把那些登上新闻头条的结果全部搁到一边,这件事依然成立,也早就值得讨论。
比如,把最近 OpenAI 那些关于纳维–斯托克斯的东西,以及他们一下公布的数百个问题都暂且放下。只要你去和真正从事研究的数学家聊,看看他们怎样与模型互动,至少有些人会告诉你:他们把一个严肃的研究问题交给推理模型,得到的回答让他们觉得确实有启发。
当然,这因领域而异,也因人而异。这条能力前沿在非常细微的层面上都凹凸不平,远远不是均匀的。另外,一些证明的呈现方式也引发了巨大的争议。我不想淡化这些问题的严重性,但如果从高处看总体图景:四年前,这些东西甚至还不会加数字。
它们掌握竞赛数学的速度,远比任何人预料的快;从竞赛数学跃迁到能做出任何与研究有关的事情,速度又远比很多人预料的快。所以,即便说"定理证明已经被解决了"是夸张的,即便我们看到的大多数证明,只比人类数学家的贡献向前迈了一小步,而且往往依赖非常近期的人类成果——
——甚至即便"定理证明被解决"究竟是什么意思,本身都没有一个清楚的定义,考虑到过去四年的进展速度,为了讨论,也为了那个想向前看、思考自己未来哪些东西仍然稳定的博士一年级学生,我们不妨直接假设:机器在生成证明这个环节上,已经全面胜过人类。那会怎样?
简而言之,我认为,这几乎不会影响数学创造价值的那几层,因此也几乎不会影响资金来源。但它会极大地影响数学这项事业的文化,以及学术贡献与荣誉的分配方式。
只看价值这一边,正如前面所说,应用几乎总是来自理论建设。重要的不是"一般五次方程不可解"那个证明,而是群论的创立;它随后产生的影响,包括让人们提出夸克可能存在这样的想法。重要的不是费马大定理最后那个"是"或"否"的答案,而是由它发展出来的全部数学——
证明自动化不会取消训练与理解的价值
——以及这些数学的应用。有时,你也可以说,一个定理的结论本身就有某种用处。例如,你在研究核聚变,想构造一个磁场处处不为零的系统,毛球定理会告诉你:具有球面拓扑的东西做不到这一点。虽然我总觉得,拿这样的例子来说还是有点勉强;总的来说,应用主要来自理论建设。
顺着这个关系看资金来源,公共资助依然非常合理。甚至可以说,数学家现在拥有更强的工具,能够更有效地建立理论;私人资助也是如此。价值清单中的下一项,也就是锻炼解决问题的能力,基本不受"机器是不是更强"的影响。
很可能已经有很多人,在生成证明这件事上比你更强了。但为了锻炼解决问题的能力,你亲自完成证明,仍然非常有帮助。这里的类比基本就是去健身房:机器当然能举起比你更重的东西,但这并不会消除你亲自举重所获得的价值。
顺便说一句,随着 AI 在清单上的其他环节也越来越强,这一点几乎一直成立:锻炼解决问题的能力这部分价值,始终要求你这个人亲自参与。当然,你可以问,等我们走进后面要讨论的科幻式未来,AI 接管越来越多能力之后,人类还需要解决问题的能力吗?
这个问题我们先放一放。只要人的这种能力仍然有价值,它就会通过教学进入资金渠道。拥有能够生成证明的人类专家,依然非常有价值,因为他们能够训练学生也具备这种能力,从而产生那些向其他领域溢出的好处。
审美上的快乐就更微妙了,因为两种反应我都见过。我尤其经常在网上看到一种感受:机器生成定理证明,彻底吸走了其中的快乐。一个数学家可能一直在朝某个结果努力,结果 OpenAI 一口气公布的数百项成果里,恰好就有这一项。他会觉得,自己的动力一下全没了。
我理解这种感受,讨论它很重要。但另一方面,尤其在面对面交流中,我也看到一些数学家极其兴奋。他们一直很想知道某些问题的答案,现在通过与模型互动,开始看见这些答案。尤其当他们在乎的不只是证明,还有理论建设时,他们会感觉自己终于解开了束缚。
我想给你看一小段例子,是我和高等研究院的 Konstantin Kogler 的谈话。他谈到自己领域中一个非常重要的问题,甚至可能是最重要的问题之一。过去一年里,他不断尝试把它交给自己能够用到的最先进模型。以下是他的感受。
我取得了两次,我会说,非常、非常重要的成功。周日,我让这个领域可能最主要的开放问题得到了解决。另外还有一次,就是我们之前和你聊到的那些不可约多项式。所以,这简直太美妙了。
而且它很简单。那个结果在周四就已经看到了,所以它很简单,有一个简单而有力的想法。起初我觉得无比兴奋:为数学本身,为这种力量,为自己将会了解到的真相,也为我所看到的那些思想的力量。
嗯。
然后我一直在想这些数学,因此睡得更少了。我又想到那种兴奋,因为我终于获得了自己真正渴求的洞见。
是的,嗯。
顺便说,这种两面性——网上更容易看到负面情绪,而面对面时更容易见到快乐——当然不只存在于 AI 与数学的讨论中。这就是当今世界公共讨论的特点。我不想淡化那些负面情绪的真实性或正当性,事实上,稍后我还想深入谈谈。
但我认为,这对那个博士生的核心问题,也就是"明天该做什么",已经给出了一个启示。再说一遍,我保证会在视频最后给出具体答案。但答案的第一部分是:与人交往。把电脑合上,和你的博士生同伴出去散个长步。至于散步时聊什么,相信我,我们会谈到的。
从逐个证明转向建立理论
我知道,我们在这一项上花了很多时间。但现在大多数讨论确实集中在这里,而我还有几件事想说。例如,如果机器更擅长生成证明,实际做数学会是什么样?从那个受到鼓舞、为此兴奋的乐观者角度看,基本上就是更深入地投入理论建设。
你不再受限于沿途解决某些问题的速度。你可以提出所有自己想问的问题,可以更快地看到答案,再尝试理解它们:这些结果怎样放进更大的叙事?我所看到的全部证明中,哪些部分体现了简单性?我怎样把它们编织成一整片新的理论?
就像伽罗瓦引入群论,或者格罗滕迪克发展代数几何那样,作为一个人,你能够完整培育出的东西是什么?也许你的博士论文不再只是零星的几个证明,而是一整套理论的建设。
一个类比是读教科书。有了书后的参考答案,你往往能更快理解书中的材料。这不是说你应该总去看答案,你依然应该亲自做题、认真参与。但当你卡住时,一份更连贯的解答能帮助你走出来,让你比在一片完全未知的土地上独自探索时走得更快。
当然,怎样做需要谨慎考虑。例如,许多机器生成的证明所使用的思想,最初来自人类撰写的论文,而目前这些思想的来源并不总会自动获得引用。这显然是个问题,意味着你必须多做一步,确保该得到学术信用的人确实得到它。
与此同时,我承认,前面说到的快乐丧失是真实存在的。很多数学家看到我刚才描述的工作方式,可能会说:天啊,那听起来太糟了。我不想坐在那里解析一大堆机器生成的垃圾,只是在理解别人已经回答过的问题。我想自己找到解法。
我追求数学的全部快乐,就在于亲自做、亲自形成理解。我确实觉得,正面回应这种感受,是整个数学共同体现在最需要认真面对的问题之一。不过,我怀疑其中至少有一部分,可以追溯到两个不同的原因。
第一,目前模型输出的解释质量,往往很不尽如人意。没人想费力解析一大堆粗糙的东西。我猜这会改善。能够生成证明、但证明又几乎无法理解,也许只是历史上一个短暂的阶段。模型公司有很强的动力,让模型把事情解释清楚。
看看代码的发展轨迹:早期生成的代码,即使能运行,往往也很凌乱;后来总体是在变得更整洁。有些人可能不同意我这一点。模型的注释确实写得太多了。但总体而言,我认为趋势是这样。
更深层的问题,我怀疑是数学共同体在珍视什么、把学术贡献归给谁这件事上的文化惯性。让人难受的一种情况是:你一直在研究某个问题,突然模型找到了答案,尤其不是你自己与模型互动得出的答案,而是模型公司公布的结果。随后大家就觉得问题已经解决,你只是在后面收拾残局。
在数学历史的大部分时间里,我们一直把证明当作理解的替代指标。证明是我们追逐的北极星:能证明一件事,就意味着理解了它。面对那些伟大的开放问题,我们把证明诞生的时刻视为问题被解决的时刻。
当然,证明从来不是全部,大家也一直知道这一点。你把一篇写得很差的论文投给期刊,它会被直接退回来。即使你在其中证明了一个非常重要的定理,如果写得不好,审稿人会很沮丧,因为他们知道自己应该在乎它,但仍然会退稿。把事情讲清楚,责任仍然在你。
我认为,到现在,我们应该把证明看作某种类似数值计算的东西:它是一种有助于建立理论的原始数据,而绝不是目的本身。顺便说,这不是我独创的想法;已经有其他人提出,应当把机器生成的证明——
证明是原始数据,理解才是目标
——更多地当作数据看待。但从整体上说,把理论建设而非证明本身视为目标,把证明视为可以投入其中的一种原始数据,会带来某种解放。
例如,我并不在乎纳维–斯托克斯问题中那个带强迫项的爆破解。我在乎的是:有没有人真正理解证明中用到的思想,以及这些思想能够孕育出怎样的数学,能不能发展成一套美丽而连贯的理论。如果有人投入工作完成了这件事,就把那个千禧年大奖颁给他吧。这才是我们最初在乎这个问题的原因。
证明只是数据,就像给我更多位数的 π 一样。这个看法也会影响你怎样做研究。有时你需要的是再多一个证明,和模型互动可能是最好的办法。但很多时候,也许并不是这样。更好的做法是合上电脑,把自己对问题的理解写写画画地梳理出来。
然后问:现在阻碍我形成更深理论的究竟是什么?是还缺一个证明,还是我对现有证明的理解还有问题?重新看看数学研究的各个部分:如果机器能够生成证明,却讲不清楚,那确实仍然需要人类数学家把它们变得可理解。
坦白说,这可能不是最有趣的环节,不过也许取决于你的看法。不管怎样,我假设这只是一个相对短暂的阶段,接下来不妨认为,机器也会更善于表达自己的思想。顺便说,这里讲的还只是书面表达。
另一种同样重要的表达,是更具社交性的交流,通常通过口头讲解发生。我认为,在未来的整条发展轨迹上,口头表达能力的重要性只会越来越高。机器不能替你理解;数学的重要部分,是让其他人理解,也让他们在乎,而我们是社会性动物。
所以,即使机器解释得更好,我们之所以愿意在乎一件事,很大一部分仍然是因为看见另一个真正在乎它的人。
假如机器也更善于提出好问题
清单上还有一项:提出问题,判断哪些定理值得证明。眼下,这仍然是数学家可以投入时间、充满活力而且能放大自身作用的领域。不过,为了讨论,我们再设想一步:机器在这方面也变得更强了。
你与模型的互动,不再只是请它证明一个特定定理;它还会反过来说:还有这些问题值得问,可能会产生丰硕的数学成果。而且,不管我们用什么方法来定义"更好",它提出这些问题的能力都超过了数学家。显然,这一项与理论建设之间的界限很模糊,但我们仍可以暂时单独讨论。
假设人类在建立理论这一环节上仍然更强,能够真正理解这一大批定理,以及它们各自是怎样被证明的。这一环节与下游应用的关系最密切。因此,从资助数学的角度看,继续投入不但合理,而且比以前更能放大资金的作用,因为每个数学家都能比从前快得多地推动理论发展。
至于锻炼解决问题的能力,依然像健身房里的举重:机器更强并不重要。只要人类的问题解决能力在世界上任何其他地方仍有意义,你就依然希望有人接受这样的训练,亲自练习如何做到这些事。
在审美与快乐这一边,我想我们还会看到分歧。有些人不会觉得,看模型自己提问、再自己回答有什么趣味。我知道,我自己大概一辈子都会努力在脑海里构思有趣的问题,再寻找自己的回答方式,基本不会因为模型能做什么而改变。
但也会有人为此振奋,觉得建立理论、理解理论受到的速度限制越来越少。甚至,他们可能开始更快地看到理论怎样用于实际,不再只是等几十年甚至几百年后某种下游应用自然出现,而是更早主动去寻找它们。
假如机器连建立理论也做得更好
但是,今天的研究生可能会问:如果理论建设这一环节也被攻克了呢?如果推动抽象意义上的理论数学,最有效的方式不只是让机器生成证明,或者让它决定该证明哪些定理,而是让它消化全部证明,寻找其中简单的要素,并理解要把它们组织成连贯理论,究竟需要织出什么真正新颖的结构呢?
这就好比,你把直到 16 世纪为止的全部数学交给它,它不但会解三次方程,还会发明恰当的记号来表达这些东西,建立复数理论,以及之后的各种成果。也许你觉得这不太可能,认为目前的大语言模型依赖人类知识与训练数据,不可能实现这种层次的真正原创思考。
不过,即使只是为了探索一种假设,我们也可以问:在那样的世界里,数学这个领域会变成什么样?如果我们想要数学在现实世界里产生应用,那么按照这个假设,模型已经更擅长生成全部理论了。但你仍然需要有人充分理解这些理论,能够看出它们怎样用于相邻领域。
这里面有没有任何东西与治疗癌症有关?能不能帮助实现核聚变,或者帮助我们得到高温超导体?这些才是真正落到现实、产生作用的地方。对于个人解决问题能力的培养,情况和前面一直讨论的一样:你在健身房里。
机器更强没有关系。只要人类解决问题的能力还有任何意义,你就依然希望人们亲自经历这一整套训练。至于审美与快乐,我意识到,自己其实一直把两种不同的东西混在了一起。
一种快乐,是任何人在任何水平上做数学都可能体验到的:看见一个巧妙的解法,感觉它在自己脑海中对上了,获得一种非常独特的满足;或者理解一个新主题,发现自己的思考方式发生了某种令人欣喜的改变。比如,这就是你和我在这个频道里一直做的事。
另一种则是处于研究前沿的人,因为亲自推动前沿而体验到的快乐。对于第一类,我觉得,AI 是否在清单上的某些任务上更强,基本不会对它造成影响。它与锻炼问题解决能力那一项完全类似。
原因也相同:要体验这部分价值,你必须是亲自做数学、在自己脑海里与它交锋的那个人。当然,能够做数学的模型的存在,对某些人的感受可能确实有影响。但我也认为,这种快乐在本质上更具有共同体与社交的性质;至少,它会因为共同参与和交流而增强。
当你和同样热爱某件事的人在一起,或者看见另一个对此充满热情的人时,要对它产生热情会容易得多。一个人也能感受到快乐,这当然会发生,但社交这一部分始终是放大器。
对我来说,无论任何机器的能力怎样,我都始终想接触更多数学,在自己的脑海里弄懂它们,再与你分享;我想用一生来分享这些东西。至于研究者的快乐,我前面描述的那种分歧,会越来越鲜明。
可能永远都会有人,为机器向他们打开了一扇看见数学世界的全新窗口而振奋;也可能永远都会有人因此深受打击。因为说实话,这里确实失去了一些东西。长期以来,推进人类的理解与产生各种下游应用之间,存在着非常紧密的联系。
而在我们讨论的这些假设里,两者正在越来越脱离。对某些人而言,单纯为了推进人类理解而推进理解,可能因此失去一些力量。也许你不想读一本书后附着答案的教科书——即便你可以选择不看,答案的存在本身就削弱了那种开拓精神。
不过,我聊过的不少数学家,似乎并不特别执着于站在最前沿,或者成为第一个发现某件事的人。他们确实主要从数学的共同体性质中获得快乐。所以,毫无疑问,数学共同体里会出现越来越多不同的思潮,强调推进人类对数学的理解——
承认开拓者的快乐也可能有所损失
——本身就有价值,本身就是一个值得追求的目的。总结一下这与图中各项的关系:只要学习数学始终能带来快乐,而且只要人们愿意为学习付费,这种快乐就能经由教学获得支持,这一部分就不会受到影响。
但也必须承认,如果某些快乐来自成为开拓者的希望,来自第一个踏入某种新理论的愿望,那么,那样的未来确实意味着一种损失。
如果机器在全部环节都比人类更强
为了把整个思想实验做到底,再看清单上最后一项。假设机器不仅更擅长生成证明,不仅更擅长提出能孕育丰硕数学的猜想,不仅更擅长理解这些数学究竟是什么、怎样用好的定义和理论把它们组织起来,而且还比人类更擅长看出它们有哪些应用,更擅长把它们带入科学与工程。
我们把它叫作"你能做的,我都做得更好"的未来。到了这里,事情才开始出现新的变化,因为这是价值链上第一次出现这样的情况:理论上,所有通向应用的好处,都更适合完全在机器内部实现。
因此,从理论上说,只要公共与私人资助的动机是下游应用,最有效的资金用途就会变成:把钱投向一大团专门做数学的计算资源。它建立理论,把理论接入应用,在这个意义上推动进步。
要我猜的话,虽然到了那个阶段,从应用动机出发,这会是合理的资金用途,但我很难想象政策制定者一下拨动开关,让公共资金不再流向人,而是全部流向一大团算力。我倒是能想象,一些因 AI 本身积累巨额财富的人,成立私人基金会,专门向这种会做数学的计算资源投入资金。
这很有可能发生。公共资助方面,更可能出现的情况,是人们会越来越多地谈论数学带来的其他正外部性。例如,一套能够训练问题解决者、让他们流向世界其他领域的机构,依然极其有价值。仅这一点,就足以使公共投入产生正回报。
或者,会出现一些正式机构,围绕"由人类做数学,促进人类繁荣"来组织。这其实是把数学当作一种艺术,而它一直都是。也许到了那个时候,资金的性质就会被这样理解:资助数学,与资助艺术出于相同的原因,既有公共资金,也有某些私人慈善渠道。
不过,请保持视角:这些甚至都不是数学大部分资金的来源。大部分钱来自教学,而教学的价值最终来自价值链中下面的两个部分——训练人解决问题的能力,以及在这个过程中赋予他们一种非常独特的快乐。
这个"你能做的,我都做得更好"的未来,激进得让人很难认真想象。顺带一提,我们全部的讨论,都以事情朝好的方向发展、没有发生灾难为前提。因此,有些人可能会觉得,眼下 AI 安全才是自己更应该投入的领域。
但既然我们正在讨论这个问题,并假定那是未来较好的一个分支,我觉得类似现有大学的结构,很可能仍然存在。即使理论上 AI 更擅长解释,人们也仍然会想向人类学习。因为教育的速度瓶颈不是解释得够不够清楚,而是学习动机。
人们到底想不想学这些东西?什么会激励他们?有时,动机就是学习本身纯粹的快乐。但我们是社会性动物,学习动机的很大一部分来自看见别人对此深深着迷,尤其当那个人是自己尊敬或在乎的人时。
从 AI 替代工作岗位的角度看,教学总体上让我觉得是最稳固的职业之一,因为它如此依赖关系,如此依赖人与人之间的互动。无论屏幕里的解释能变得多么清晰,都无法替代这一点。
现在的机会,是亲手塑造数学共同体的未来
那么,讨论到这里,我们该怎么做?我认为,在可以预见的未来,研究需要越来越强调数学的理论建设。这一直就是重点,从来如此。主要的区别在于:证明过去是一个非常有价值的替代指标,而现在,它作为替代指标的价值正在下降。
到这一步,证明更像是一种原始数据,并且有望成为非常有用的原始数据。毫无疑问,我们必须改变衡量人类学术贡献的方式。但这大概是好事。证明本身可能已经被高估了几十年。
同样,如果数学这套机构的价值在于磨炼问题解决能力,那也意味着我们必须重新追问:究竟该怎样训练?因为以前的训练方法不再适用了。例如,现在单纯布置习题集、再给作业打分,已经不太说得通。
即便你担心某种科幻式未来,数学真的全部可以机械化;甚至你担心训练解决问题的能力也会变得没用——我觉得这有点牵强,不过我们也可以认真讨论——只要做数学仍然带来快乐,数学对人类就永远有价值。
我之所以特别看好最后这一点,认为即使在那些狂野的科幻式未来里,它也能成为一根支柱,一个重要原因正是这个频道。想想这里正在发生什么:有数以百万计的人愿意参与,而我们所做的,实际上只是沉浸在数学的美之中,寻找那些解法令人满足的优雅问题,或者尝试传递新的思考方式。
当然,并不是那几百万人都愿意付钱——那样就太好了。但确实有几千个人愿意,而这就足以改变一切。再看看频道之外,我最喜欢用来说明公众明显渴望数学的例子之一,是 Brady Haran 经营的那些频道。在它们当中,最受欢迎、而且远远领先其他频道的,恰恰是他讲数学的那个。
再往前看一点,现代数学科普的教父马丁·加德纳,最初在《科学美国人》的专栏被放在杂志后面。但后来,杂志不得不把它移到前面,因为太多人订阅杂志,就是为了读他的专栏。显然,一旦人们尝到数学真正是什么,整个社会对它就有巨大的渴望。
因此,我认为数学共同体应该明智地向外转身,更主动地满足这种渴望。在视频的大部分时间里,我都在解释,为什么我认为数学这套机构有价值,并将继续存在。但开头,我提出了一个更强的判断:现在是最适合投身数学的时期之一。
我猜,很多点进这期视频的观众可能以为,我的意思是 AI 会为数学打开新的机会。但其实,我指的并不是那些。我认为现在是最佳时机之一,是因为整个共同体都知道自己必须改变,而那么多人都在向后靠,寻找方向与实例,想知道这种改变究竟应该是什么。
所以,作为新进入这个领域的人,你有机会在它历史上最关键的时期之一,真正影响它将会变成什么样。我觉得这极其令人兴奋。回到那位博士生的留言:"告诉我明天该做什么。"我可以告诉你,如果自己在 2026 年读数学博士,我会怎么做。
我会做 3Blue1Brown,就做现在这样的事情。十年前,如果我走进一个数学系,说:我有一个用高度视觉化方式解释数学的想法,顺便,你们能不能把它视为一篇学术上得到认可的博士论文,而不仅仅是业余爱好?几乎所有数学系都会笑着把我赶出去。
我不敢肯定,年轻时的我放到今天就一定能说服他们。但如果有哪一个时刻,人们会愿意对此保持开放心态,那就是现在。当然,我不是说你应该做和我一样的事。你应该投入让自己热爱数学的那个部分。我喜欢解释数学,喜欢把它可视化。这是我的热情所在,也是我想一路追下去的东西。
但你的热情是什么?你想一路追下去的是什么?如果你热爱理论建设,想成为下一个伽罗瓦或下一个格罗滕迪克,那很好,去做吧。你现在能用上一台生成证明的机器,接下来四年它还会越来越好。
也许你能借助它,写出一篇世界从未见过的博士论文,开辟在以前那个世界里根本无力开辟的新领地。如果你不喜欢这些模型,不想使用它们,觉得它们让你不舒服,那也很好,你也可以认真投入这种选择。数学共同体里,必然会有一些思潮——
明天就做:散步、交流,并练习把数学讲给人听
——想要确立"由人类为人类做数学"究竟是什么,又应该是什么样。你可以树起一面旗帜,可以决定,一篇体现这种目标的博士论文,究竟应该长什么样。
另一件我会做的事,是意识到:如果机器在数学研究清单中任意一部分上变得更强,那么,衡量一个人究竟理解了多少、有没有潜力推动这个领域继续前进——无论"前进"意味着什么——最有效的方式,就会越来越向口头表达倾斜。
所以,去做报告,做很多报告,练到非常、非常擅长讲解,把它变成自己数学实践中非常日常的一部分。至于明天具体该做什么,我最明确的建议就是:出去散个长步。找一个朋友,也许是同一个项目里的同学,和他一起想想,你喜欢数学的究竟是什么?你为什么走进这个领域?
也问问对方:他热爱的是什么?他又为什么走进来?然后一起头脑风暴,想一想接下来几年的人生,究竟想为价值清单中的哪些部分、以什么方式作出贡献。
对我来说,我依然热爱数学,而且永远都会。我始终会热爱寻找把数学可视化的方法,并在这个频道与你分享。我对你最大的期待,就是希望你能找到一种方式,真正投入自己的热情。这个共同体从未像现在这样开放,他们会愿意听听你要说什么。