OpenAI、次世代モデルAstraが数十年未解決の数学難問10題で成果
推論コストは約2000ドル。47万行の証明をすべてオープンソース化し、機械による論理検証も完了しました。10件の成果から、未公開モデルの強みが見えてきます。
- OpenAIは、未公開モデルが数学と理論計算機科学の未解決問題10題を解いたと発表しました。最古の問題は1964年に提起されています。
- 10題で必要となる数学的アプローチはそれぞれ異なります。最難関は、誰も見たことのない対象をゼロから構成するタイプです。
- 47万行の証明はすべて公開され、論理上の欠陥は機械が行単位で検査済みです。ただし、形式検証の前後には機械で保証できない部分があります。
未公開モデルが一挙に挑んだ、数十年未解決の難問10題
OpenAIは突然、発表文と200ページを超える論文を公開しました。次世代の主力モデルの内部版が、数学と理論計算機科学の未解決問題10題を解いたとしています。競技数学の問題が10問並んでいるわけではありません。最古の問題は1964年に提起され、最も新しいものでも20年以上未解決でした。分野も、互いに無関係な8領域にまたがります。必要な数学的アプローチも一様ではありません。数十年間動かなかった限界を更新するものもあれば、未知の反例をゼロから構成するものもあります。後者は従来、機械に教えるのが最も難しい作業だと考えられてきました。
モデル名はAstraです。OpenAIの次世代主力モデルで、まだ一般公開されていません。今回成果を出したのは、その内部版です。
コストは極めて低水準です。OpenAIによると、SolのAPI料金で換算した場合、最高難度の10題を解くために使ったトークンの費用はわずか2,000ドルほどでした。従来の研究投資と比べれば、破格の安さです。
10題が提起された年を並べると、次のようになります。
10件の成果に対応する問題が提起された年です。点は11個あります。極値グラフ理論の1項目に、退化次数予想(1967年)とコンパクト性予想(1982年)の2つが含まれるためです。横軸は年代に比例しています。1977年と1978年、1994年と1995年は1年差のため、点がほぼ重なります。年代は249ページの論文の各章序文とErdős Problemsに基づきます。
Astraとは何か — 現時点で分かっていること
Astraは未公開で、判明している情報は限られています。
位置付け:OpenAIの次世代主力モデル群です。既存のSol、Terra、Lunaと並ぶ新しいモデルクラスとされています。最終的にGPT-6と呼ばれるのか、GPT-5.7のような番号になるのかは未定で、公開日も決まっていません。
中核能力:複数のエージェントを連携させ、数時間から数日間にわたって動かし、極めて複雑な長い推論問題に取り組むよう設計されています。OpenAIが挙げる用途は、複雑なプロジェクトと高度な数学です。Sam Altmanはすでにワシントンで、政治家や規制当局者にデモを行ったとされています。
未解決の弱点:長時間の処理では誤りが蓄積します。途中で方向を誤った場合に自力で修正できるかも、現在のシステムに共通する既知の弱点であり、まだ克服されていません。密接に結合したタスクでは、複数のエージェントを使うことで調整コストが増え、単独のエージェントより悪化する場合もあります。Astraがこの課題をどこまで解決したかを示す公開証拠はありません。今回の数学10件が、唯一公開された成績表です。
上記の「位置付け」と「中核能力」は、3人の関係者を引用したThe Informationの報道に基づき、本サイトはThe Decoder経由で確認しました。OpenAIの公式発表ではありません。公式に確認できるのは次の点だけです。発表本文には「Astra」という名前が一度も登場せず、「次期主力モデルの内部版」とだけ書かれています。Astraという名称を明かしたのは、発表当日にXへ投稿したOpenAI研究者のNoam Brownです。
10件の成果一覧
何の記録を破ったのか、表でまとめます。
| 分野 | 今回の成果 | 停滞期間 |
|---|---|---|
| 高次元幾何学 | 球充填上界の指数を厳密に0.6044と特定 | 1978年から |
| 符号理論 | 2元符号と球面符号の上界を指数的に改善 | 1977 / 1978年から |
| 凸幾何学 | Ehrhart 体積予想の厳密な上界を全次元で証明 | 1964年に提起 |
| 代数的複雑性 | パーマネントの回路・論理式下界をともに改善 | 分野最大の難問 |
| 量子複雑性 | 任意の二者エンタングルドゲームで指数的並列反復 | Razの古典版は1995年 |
| 格子暗号 | CVP困難性で初の固定多項式因子n^(1/400) | 2003年から |
| 群論 | 初の非ソフィック群を構成 | Weissが2000年に提起 |
| 作用素環論 | Connes剛性予想を反証 | 1994年の著書Problem 1 |
| 極値組合せ論 | コンパクト性予想と退化次数予想を反証 | 1982 / 1967年 |
| 極値組合せ論 | 多色Ramsey数の増加率をkのΘ(k)乗と特定 | Erdős問題183 |
「停滞期間」は249ページの論文の各章序文とErdős Problemsを本サイトが項目ごとに照合したものです。極値組合せ論の2行を合わせて、公式発表における10番目の成果に当たります。このため、表の10行が10件の成果に対応します。
必要な数学的アプローチは3種類に分けられます。第1は、数十年動かなかった境界を更新すること。第2は、ある対象が計算可能か、突破可能かを判定すること。第3は、反例をゼロから構成して予想そのものを覆すことです。
より密に詰める――数十年ぶりの上界更新
タイプ1の3題は、同じ問いを扱います。制約された空間に、最大でどれだけ多くのものを詰め込めるかです。
高次元球充填(sphere packing)
1978年以来の記録同じ大きさの球を空間に詰めたとき、どこまで密にできるかを問います。2次元なら、硬貨を机に敷き詰める問題です。限界では机の90.7%を覆えます。3次元なら果物店でオレンジを積む場合で、限界は74%です。この2つの解は厳密に証明済みです。8次元と24次元の解も過去10年ほどで得られました。8次元を解いたMaryna Viazovskaは、2022年にフィールズ賞を受賞しています。
しかし一般の高次元空間は、人間には想像すら困難です。分かるのは上界だけです。しかも、その上界は直感に反するほど低くなります。100次元空間では、球が占められる体積は全体の100京分の1にも届きません。次元が高いほど空間は「空」になり、球の隙間が体積のほぼすべてを奪います。
次元が増えるにつれて上界がどれほど速く下がるかは、指数で表せます。指数が大きいほど減少が速く、上界は厳しくなります。今回、Cohn–Elkies法で到達可能な指数が厳密に算出されました。0.6044…です。
決定的な一手
Cohn–Elkies法は、「球をどこまで密に詰められるか」を関数構成の問題に変換します。半径1より外側で非正となり、同時にフーリエ変換があらゆる点で非負となる関数を作ります。そのような関数を1つ作れば密度の上界が得られ、巧妙な関数ほど上界を厳しくできます。しかし48年間、この手法自体の限界は不明でした。
今回はガウス関数から出発しました。フーリエ変換しても自分自身になるため、必要な対称性を初めから備えています。ただし、成否を分ける臨界半径が誤った位置にありました。そこで精密に設計した偶関数を掛けて変形し、対称性を壊さず臨界半径だけを必要な位置へ移しました。移動距離はちょうど½·log2。Wallisが17世紀に示した積公式に由来します。
移動後の位置は、Mellin反射という独立した経路が以前から予測していた半径と完全に一致しました。一方では関数を構成して上界を示し、他方ではそれ以上の関数を構成できないと証明しました。両側から挟むことで、この手法の限界を確定したのです。
従来記録はKabatianskiiとLevenshteinが1978年に示した0.59905576…でした。その後48年間、低次の因子は改善されましたが、指数を動かした研究はありません。0.599から0.604への差は小さく見えますが、指数の差です。1000次元では、新しい上界は旧上界より約40倍厳しくなります。さらに今回は、単に記録を更新しただけではありません。この手法の範囲では、どのような補助関数を使っても先へ進めないことまで証明しました。
各次元の球充填最大密度(棒の長さは対数目盛)
濃色の2行は、人類が厳密解を得ている唯一の2つの次元です。8次元(Viazovska、2016)と24次元です。それより上は、今回の結果を含めてすべて上界にすぎず、真の値は不明です。100次元の行は新しい指数による上界です。通常の目盛では後半が見えないほど短くなるため、棒の長さは対数目盛にしています。
数値は論文第1章に基づきます。数直線上の位置は実際の数値に比例し、2点間の距離が実際の差を表します。
2元符号と球面符号
1977 / 1978年以来の記録傷のついたCDを再生できる、携帯電話の電波が弱くても音声が聞き取れる、QRコードの一部が欠けても読み取れる。こうした仕組みを支えるのが誤り訂正符号です。送信内容を0と1の列に変換し、正規の列どうしが最低でも一定数の桁で異なるようにします。差を大きくすれば、誤りが起きても元に戻しやすくなります。一方で使える列は減り、送れる情報量も小さくなります。
中心的な問いは、誤り耐性を固定したとき、正規の列を最大でいくつ残せるかです。この数が通信路の効率の上限です。今回は、固定したすべての距離について、この上限を指数的に引き下げました。球面上の対応問題でも同様です。
決定的な一手
古典的な上界は、分野ではMRRW界と呼ばれ、固定したスペクトル線から計算されます。今回は自由度を1つ追加し、この線を動かせるようにしました。最初の再帰式は誤っており、ウォークスルーには「最初の2元再帰が誤りである理由」という節まであります。
修正後も、それだけでは最適化された古典的上界を超えられませんでした。相対距離0.1付近で新アルゴリズムは0.700、古典的上界は0.693となり、かえって劣っていたのです。そこで「重み別の層」に基づく構成を一式作りました。符号を一定の重みを持つ殻に限定し、固定点の対称群をその殻と補集合に別々に作用させます。得られたのは、単一の改良多項式ではなく階層全体です。これにより、すべての距離で従来の上界を超えました。
論文によれば、一般の高次元指数が改善されたのは、2つの分野でそれぞれ1977年、1978年以来初めてです。距離がゼロに近づく極限では、球面符号の構成から先ほどの球充填の最適指数も再導出されます。一見無関係な2つの問題の底には、同じ構造がありました。
Ehrhart 体積予想
1964年提起、62年部屋の床と空中に、1メートル間隔で点を打ち、3次元の格子を作るとします。その部屋で風船を膨らませます。形は自由ですが、凸でなければなりません。表面が内側にへこんではいけません。さらに条件が2つあります。風船の重心が格子点の1つに一致すること。そして、その点を除いて、風船の内部に他の格子点を1つも含まないことです。
風船は最大でどこまで大きくできるでしょうか。3次元での答えは64/6、約10.7格子分の体積です。Ehrhartは1964年、すべての次元で最大の形は特定の単体になると予想しました。今回は、その厳密な上界をすべての次元で証明しました。(n+1)ⁿ / n!です。
決定的な一手
この幾何学問題を複素解析へ移しました。従来の方法では、形が「有理的」、つまり頂点座標がすべて分数である必要がありました。それによって初めて代数幾何学の道具を使えたからです。今回の突破口は、その前提がそもそも不要だと見抜いたことです。中心化された任意の凸体を直接ポテンシャル関数に変換し、問題全体を複素トーラス上で計算できます。
その代わり、すべての解析が非コンパクト空間で実際に成り立つことを示す必要があります。コンパクト性に頼って済ませることはできません。途中で調和対称化という長い経路も断念しており、その記録もウォークスルーに残されています。
Ehrhart自身が証明したのは、平面の場合と、すべての次元における単体の場合だけでした。一般の凸体で従来知られていた上界は4ⁿ程度です。10次元では、この旧上界は真値より約147倍も緩いものでした。
計算可能性と突破の限界を見極める
タイプ2では焦点が変わります。どれだけ詰め込めるかではなく、そもそも計算できるのか、突破できるのかを判定します。計算機科学や暗号に最も近い領域です。
パーマネント:行列式との差は符号1つ、難しさは別次元
ここでいうpermanentはパーマネントです。行列積ではありません。中国語の要約ではしばしば誤訳されています。
n人をn個の職務に割り当て、各人と各職務の相性に点数があるとします。「1人1職務、1職務1人」となるすべての割り当てを列挙します。各割り当てではn個の点数を掛け、すべての割り当ての値を足し合わせます。これがパーマネントです。行列式も式は同じですが、割り当ての半分に負号を付ける点だけが違います。
行列式 determinant
det(X) = Σ sgn(σ) · Π xᵢ,σ(ᵢ)
1000次行列でも、ノートPCならガウス消去法で数秒です。約10億ステップで、このアルゴリズムは200年前からあります。
パーマネント permanent
per(X) = Σ Π xᵢ,σ(ᵢ)
負号を除くだけで、既知の最良アルゴリズムは2のn乗個の組合せを調べる必要があります。50次では2京回を超え、ノートPCでは到底処理できません。
符号を半分取り除くだけで、同じ式が「瞬時に計算できる」ものから「計算不能」に変わります。なぜそうなるのかは、今も分かっていません。Valiantは1979年、パーマネントがVNP完全問題であると証明しました。多数の計数問題の頂点に位置するという意味です。パーマネントを計算する多項式サイズの式が見つかれば、代数的複雑性理論の広い範囲が崩れます。代数の世界におけるP対NP問題です。
決定的な一手
証明は2段階です。まず多数の「使いやすい小部品」を作り、次にそれらを大きな構造へ合成します。掛け合わせる方法では、1つでもゼロなら全体が崩れます。必要なのは加算です。それなら各部品の寄与を積み上げられます。
難所は、パーマネントへの1回の代入で、その加算を正確に実現することでした。答えは1の冪根、つまり複素平面の単位円を等分する点を使って定数列を配置することです。すると部品をまたぐ対応項が代数的にちょうど打ち消し合い、各部品内部の項だけが残ります。4次の小さな例でも、この相殺を確認できます。混合ブロックの部分はちょうどゼロになります。
もちろん、最大の難問そのものが解決したわけではありません。今回は「最低でもどれほど大きくなければならないか」という下界を引き上げました。除算なしの算術回路には少なくともΩ(n²·log log n)個のゲートが必要です。算術式には少なくともΩ(n⁴/log n)個の葉が必要で、後者は分母が恒等的にゼロでない限り、除算を認めても成立します。この種の下界は、最大の難問を反対側から追い詰める唯一の手段です。下界が上がるたびに、「実は簡単に計算できる」という可能性が狭まります。
量子並列反復
古典版は1995年、量子版は未解決2人の容疑者を別々に取り調べます。事前に口裏を合わせているため、1回なら切り抜けられるかもしれません。では同じ質問を同時にn回行い、すべてで答えが一致するよう要求したら、切り抜けられる確率はどれほど速く下がるでしょうか。
Razは1995年、1回の成功率が100%未満なら、n回反復した後の成功率は指数的に低下すると証明しました。「完全には信頼できない検査でも、数回繰り返せば極めて信頼性が高くなる」という理論的保証です。現代の暗号プロトコルや検証可能計算は、この定理を基盤としています。
問題は量子の場合です。事前の打ち合わせを量子もつれに置き換えたらどうなるでしょうか。量子もつれは古典世界にはない相関で、2人を離した後も回答を呼応させられます。それでも同じ保証は成立するのか。この問いは30年間未解決でした。今回は、任意の有限二者エンタングルドゲームで指数減衰を証明しました。
決定的な一手
古典的証明には平方根を取る手順があります。量子の場合、ここで破綻します。作用素の平方根は、非常に小さい固有値において導関数が発散します。量子戦略の係数はいくらでも小さくなり得るため、無視できる定数ではありません。
今回守った原則は、量子確率そのものは変えず、問題を起こす固有値のスケールを分散させることです。最初の版では虚数乗の平均で実現し、後により単純な方法へ置き換えました。ウォークスルーでは、絶対に緩めてはいけない点を強調しています。ここでの演算は非可換です。通常の数のように積の順序を自由に入れ替えると、誤った論証へ戻ってしまいます。
従来の最も強力な一般結果はYuenが2016年に示したもので、多項式減衰までしか証明できませんでした。指数減衰が知られていたのは、いくつかの特殊なゲームだけです。
最近ベクトル問題(CVP,closest vector problem)
前回の進展は2003年無限に広い都市があり、交差点が東西南北ではなく、傾けて引き伸ばした格子状に並んでいるとします。都市内の任意の地点を与えられ、最も近い交差点を探します。2次元なら一目で分かりますが、数百次元では高速な解法が知られていません。
この難しさから、CVPは耐量子暗号を支える基盤の1つになりました。米国国立標準技術研究所が標準化した耐量子暗号アルゴリズムの安全性も、この種の格子問題に基づきます。したがって「より難しいと証明する」ことは、暗号にとって朗報です。「近似さえ不可能」という層を1つ証明するたびに、暗号の基礎をさらに補強することになります。
今回は3SATから直接帰着し、CVPをn^(1/400)倍以内で近似することもNP困難だと証明しました。固定された多項式因子を初めて達成した結果です。
決定的な一手
当初は、符号付き多変量モーメント・ヒストグラムという長い回り道をしました。その経緯もウォークスルーに記録されています。最終的に採用した発想は、冪和で3SATの割り当てを符号化することでした。数そのものを記録せず、「1乗の合計、2乗の合計、3乗の合計……」だけを記録します。この冪和の列から、元の数の集合を復元できます。Hankel再構成と呼ばれ、標数2の体でも成立します。
さらにシフト後のモーメントを使い、「すべての節が満たされる」という条件を、「同じ大域的な代数根がすべての節を同時に満たす」という性質へ変換します。帰着全体で乱数もPCP定理も使わず、Projection Games予想にも依存しません。この種の困難性証明では珍しく、従来の方法はほぼすべてPCPに依存していました。
従来の最良結果はDinur、Kindler、Raz、Safraが2003年に示したn^(a/log log n)でした。この因子はlog nの任意の冪より速く増えますが、指数がゼロへ近づくため、固定されたn^cには届きません。今回の帰着は、全過程でランダム化、PCP定理、Projection Games予想を使いません。⚠️ ただし重要な限定があります。論文自身が明記している通り、現行の暗号方式が依存するのは平均ケースの困難性と構造化された仮定であり、CVPの最悪ケースにおけるNP困難性を直接の基盤とはしていません。今回示したのは理論上の境界であり、既存アルゴリズムに安全証明書を与えたわけではありません。
未知の反例をゼロから構成
真に難しいのはタイプ3です。前の2類では、すでに引かれた線を先へ進めます。方向は明確です。しかし、この類では無から有を生む必要があります。誰も見たことのない数学的対象を頭の中で組み立て、それが実在し、互いに衝突する複数の条件を同時に満たすと証明します。4件がこの類に属し、そのうち3件は数十年来の予想を直接覆しました。
非ソフィック群
Weissが2000年に提起、26年「群」とは、操作と、それらを続けて行う際の規則の集合だと考えられます。たとえばルービックキューブのすべての回し方では、2つの回転を続けると別の1つの回転と同じになります。こうした関係を集めると、巨大な規則表ができます。無限群なら、表も無限です。
群がソフィックであるとは、その無限の表からどのような有限部分を切り出しても、有限枚のカードとシャッフル規則を用意し、その部分の規則をほぼ完全に再現できることを意味します。机に置ける有限の対象で、無限構造を模倣するのです。切り出す部分が大きいほど多くのカードが必要ですが、必ず見つかります。
Gromovは1999年にこの性質を提起し、Weissが2000年に名称を与え、次の問いを立てました。どのように切り出し、何枚のカードを使っても再現できない群は存在するのか。今回は、それを直接構成しました。
決定的な一手
難点は、互いに衝突する2つの要素を同じ構造へ組み込むことです。一方は「どのようにしても近似できない」という障害を作り、他方は「近似できると仮定した場合」に矛盾を導きます。従来の試みでは、欠陥が隙間から逃げてしまいました。
今回見つけた舞台は、自分自身を内部に含む代数です。2元Leavitt代数は、自身の2×2行列環と完全に同型です。構造全体を、係数を一切失わず、自身の片隅へそのまま埋め込めます。この自己相似性により、性質(T)を持つ剛性群とThompson群Vを初めて同じ環へ入れられました。前者が障害を、後者が矛盾をもたらします。
この「存在」が重要なのはなぜでしょうか。過去20年以上、多くの定理は「すべてのソフィック群について成立する」と書かれてきました。反例が見つからなかったため、多くの研究者は事実上「すべての群について成立する」に近いと考えていました。反例が現れたことで、これらの定理には初めて実在する適用限界が生まれました。従来の経路はすべて条件付きでした。ある群に特定の安定性があると仮定して初めて、非ソフィック群の存在を導けたのです。今回は無条件の構成です。
Connes剛性予想
1994年の著書Problem 1群から「群フォン・ノイマン環」という対象を作れます。この操作は、機械装置のX線写真を撮るようなものです。部品の色、材質、番号はすべて消え、どの部品がどれとかみ合うかという骨格だけが残ります。元の要素の名前や姿は失われ、操作間の関係構造だけが残ります。
Connesは、特に「硬い」群の一種、つまり無限共役類を持ち、Kazhdanの性質(T)も備える群なら、このX線写真から元の装置を一意に復元できると予想しました。2つの群から同じ写真が得られるなら、その2群は同一だという予想です。
今回は、互いに同型でない無限個の群から、同一の写真が得られる例を構成しました。予想は覆されました。
決定的な一手
使ったのは、小学校で習う2進数の繰り上がりです。
まったく同じ座標集合の上に、異なる2つの加法規則を設けました。一方は通常の桁ごとの加算で、もう一方には繰り上がり項があります。2つの規則は同じ空間と同じ確率測度を使い、ランダムに観測すると同一に見えます。
繰り上がりは「測度論的な側」には完全に不可視ですが、「離散的な側」には明確に現れます。X線写真が写せるのは測度論的な側だけなので、2群から同じ写真が得られます。一方、群そのものは離散的な側に存在するため、実際には異なる群です。予想はこの隙間で崩れました。
「ある不変量が元の対象を一意に決定できるか」という問いは、数学で最も一般的な問題群の1つです。答えが「できない」なら、このX線写真が失う情報は、数十年間考えられてきたより多いことになります。この予想はConnesが1980年に示した剛性定理に始まり、1982年のKingston会議録で形を取り、1994年の著書にProblem 1として明記されました。今回の成果は、Popaが提起した関連する「有限対一」問題も否定します。
極値グラフ理論の2予想
1967年と1982年、Erdős問題146・180パーティーにn人が参加し、任意の2人が握手する場合としない場合があるとします。ここで「4人が順につながって輪になる握手は禁止」という制約を置きます。最大で何回握手できるでしょうか。これが極値グラフ理論の問題です。4人の輪を禁止すると、答えはおよそnの1.5乗の半分です。100人なら約500回ですが、制約がなければ4950回です。禁止条件が強いほど可能な握手は減ります。その対応関係を求めるのがこの分野です。
コンパクト性予想(ErdősとSimonovits、1982)は、複数のパターンを同時に禁止した場合、そのうちの1つが必ず支配的になり、1つだけを禁止しても一族全体を禁止するのとほぼ同じになるかを問います。今回は、全体を禁止すると握手がO(n^(4/3−1/48))回しか残らない一方、一族の任意の1つだけを禁止するとΩ(n^(4/3))回残るグラフ族を構成しました。両者にはn^(1/48)という多項式因子の差があり、定数倍では埋まりません。
退化次数予想(Erdős、1967)は、「グラフがどれほど疎か」から上界を予測する公式を与えます。今回は最も単純な段階で反例を構成しました。
決定的な一手
難しいのは、多項式オーダーの差を作ることです。定数倍では足りません。一般的な偶閉路では不十分です。4人の輪と6人の輪を禁止した場合のオーダーは、6人の輪だけを禁止した場合と一致します。既存の森の反例を錐化または細分化すると、共通する密な部分構造が入り、両側が同時に密になります。
決定的だったのは、舞台を変えることでした。幾何学の一般化四角形を母グラフに使います。通常の射影平面も基礎体の標数を記憶しますが、6閉路を含み、辺数のオーダーも合いません。一般化四角形は標数の違いを保ちつつ、最短閉路を8まで延ばし、辺数もnの4/3乗に一致します。そして二部グラフの両側に別々のしきい値を設け、双方をまたいで作用させました。
2つの予想の背後には、同じ直感があります。構造が単純で疎になるほど握手は減り、その減り方には規則があるというものです。2つの反例は、この直感がどこかで誤っていることを示します。Erdős Problemsの登録番号は180と146で、後者には500ドルの賞金があります。
多色Ramsey数
Erdős問題183、賞金250ドル再び、握手を数えるパーティーの問題です。今度は2人の間を1色で塗り、色は全部でk色あります。人数が増えると、互いの間がすべて同じ色になる3人組が必ず現れます。避けることはできません。これが必ず起こる最小人数が、多色Ramsey数R(3;k)です。
2色の場合の答えは6です。6人のパーティーには、互いに全員知り合いの3人組、または互いに全員知らない3人組が必ず存在します。有名な「6人定理」です。3色では17に跳ね上がります。4色の場合、現在分かっているのは51から62の間ということだけで、正確な値は不明です。
Erdősは、色数が大きい場合にどれほど速く増えるかを問い、「R(3;k)のk乗根の極限が有限である」と証明することに100ドルの賞金を付けました。今回の超指数的下界は、この問いに答えました。その極限は有限ではありません。以前から知られていた階乗上界と組み合わせると、増加率はkのΘ(k)乗と確定します。
決定的な一手
従来の構成はすべて同じ手法でした。良い小さな例を見つけ、それを直積し、さらに直積します。しかし、この方法には本質的な上限があります。直積するたび、色数と人数が一定の比率で増え、増加速度を決める「底」は変わりません。直積を続ける限り、極限は必ず有限です。無限へ向かわせるには、色数とともに底も増える構成族が必要です。
有望に見えた2つの近道は失敗しました。「最初に異なる記号」で順列を彩色すると、禁止したい単色三角形をちょうど作ってしまいます。3つの順列が同じ記号を3つの別位置へ移せるからです。Cayleyグラフによる彩色へ変えると、同じ程度に難しい別の未解決問題へ帰着してしまいます。
最終的な方法は、色を互いに分離した多数のパレットへ分け、各ブロック内を個別に彩色し、ブロック間の辺を再帰規則で調整するものです。これなら色数が増えると、底も同時に増えます。
従来の下界は指数レベルにとどまっていました。この成果からは、独立数2のグラフのShannon容量に上界がないことも導かれます。
10件の成果から見えるモデルの実力
10件を並べると、何が読み取れるでしょうか。以下は誇張ではなく、ここまでに示した事実から読み取れる点です。
1.互いに無関係な8分野をカバー
上の8分野では、使う技術的道具がほとんど共通しません。球充填で有効なフーリエ解析の手法を、群フォン・ノイマン環へそのまま移すことはできません。同じモデルが8分野で同時に成果を出すことと、1分野を深く掘って成果を1つ出すことは、別の能力です。
2.2種類の課題に対応、1つは対象の構成
既存の境界を更新する場合、経路は明確です。目的関数があり、それを最適化します。反例の構成では、存在しなかった構造を頭の中でゼロから組み立て、互いに引っ張り合う複数の条件を同時に満たすと証明しなければなりません。非ソフィック群、Connes剛性を覆す群族、極値グラフ理論の2つの反例はいずれも後者です。タイプ3は10件中4件を占めます。
3.球充填では手法の限界も特定
上界を0.6044へ更新しただけではありません。それに一致する下界も示し、Cohn–Elkies法の枠内では、どの補助関数を使っても先へ進めないと証明しました。自ら使った手法に境界線を引いたことになります。さらに進むには、別の道具が必要です。
4.47万行のLeanコードをモデル自身が記述
論証が形になった後、人間が同じモデルと協力して原稿をまとめ、モデルが各論証をLeanへ形式化しました。数十ページの数学的議論を、機械が行単位で確認できる厳密なコードへ翻訳する作業は、それ自体が独立した極めて煩雑なプロジェクトです。
5.過程には多数の行き止まり
成果とともに公開された62ページのウォークスルーには、失敗をそのまま見出しにした節があります。「最初の2元再帰が誤りである理由」「自然な帰着と根付き木の発想が行き詰まる理由」、さらに「第2の、より根強い誘惑」という節もあります。一度の生成で完成したのではなく、長時間の試行錯誤とやり直しを経たことが分かります。
6.推論コストは障害にならない水準
2000ドルに含まれるのは解を探索した部分のトークン費用だけです。モデルの学習費用、失敗した試行、人間が後から原稿をまとめた時間は含まれません。示しているのは、推論段階がすでに安価だという点です。「2000ドルで10個の定理を買った」という意味ではありません。
信頼の根拠 — 47万行の証明を機械が行単位で検査
AIが数学的成果を主張すること自体は、すでにニュースではありません。従来の論争は常に同じ場所で止まりました。誰が査読し、読み切れるのか。今回は論理検証を機械に委ねました。10件の証明をすべてLeanで書き直し、行単位の検査を終え、コードも公開しています。
Leanは定理証明支援系です。数学的証明をLeanの言語で書き直すと、最小限のカーネルが行ごとに検査します。各ステップが、それ以前のステップと公理から厳密に導かれているかを確認します。検査を通れば、その形式化された証明に論理上の穴がないことを意味します。
帳簿を調べる監査人に似ています。監査人は事業内容を理解する必要がありません。すべての入出金の計算が合っているか、証憑があるかだけを確認します。合わなければ、商業的にどれほど妥当でも差し戻します。Leanも同じです。フォン・ノイマン環を理解しているわけではなく、各推論が規則に合っているかだけを確認します。数学の証明は従来、専門家が1行ずつ読む必要がありました。しかし10分野すべてを読める人はほとんどいません。これが「AIによる数学」が従来必ず行き詰まった場所です。
形式検証がカバーする範囲(本サイトがリポジトリ構造に基づいて作成した模式図)。
本サイトでは、リポジトリをクローンし、実際に数えました。47万行を1行1秒で休まず読んでも、5日半かかります。実測値は次の通りです。
sorryはLeanのプレースホルダーで、「この手順はひとまず飛ばす」という意味です。証明内に1つでもあれば穴があります。リポジトリ全体に1つもありません。
公理(axiom)は、推論体系の最下層にある、それ以上証明しない出発点です。Lean標準ではpropext、Classical.choice、Quot.soundの3つだけです。独自の第4公理を密かに追加すれば、途中で規則を変えたことになり、結論は有効とはいえません。10件の証明が使うのは標準の3つだけで、各成果の検証設定には許可する公理が個別に明記されています。
リポジトリには独立した再検査経路もあります。Comparatorとnanodaです。nanodaはLean公式カーネルとは別に実装された型検査器です。Lean自体を信頼せず、独立実装のカーネルで再検査できます。
各証明のLean行数(本サイト実測)
行数は成果の重要度を表しません。論証を機械語へ翻訳する煩雑さを反映しています。多色Ramseyの結論は強力ですが、形式化は3000行だけです。
機械が保証できない両端、そして著者表記を巡る対立
機械が保証できるのは中央部分だけです。検証チェーンの両端は、まだ空いています。
濃色 = 完了した2段階
入口:翻訳の正しさは機械の保証外
数十年間自然言語で記述されてきた予想を、Leanの形式命題へ翻訳する作業は、人間またはAIが行います。翻訳時に命題が密かに弱められたり、定義がずれたりしても、Leanは合格を出します。Leanが担うのは命題から結論までの推論であり、その命題が数学者の意図した問題と同じかどうかは判断しません。
OpenAIはこの確認に備えています。リポジトリのComparatorChallengesディレクトリでは、各成果について検証対象の定理名を個別に列挙しています。Ramseyの項目なら、ErdosProblems.MulticolourTriangleRamsey.erdos_183など4本です。「証明したと主張する命題はこれだ」と公開し、人間が確認できるようにしています。ただし、公開されていることと、誰かが確認済みであることは別です。
出口:レビュー状態は「AIによるレビュー」
リポジトリ直下のformalization.yaml末尾には、発表文で触れられていない1行があります。
formalization.yaml · ファイル末尾
review: status: "agent-reviewed"
つまり、形式化のレビュー状態はagent-reviewedです。人間ではなくAIによるレビューです。249ページの論文も査読前で、著者欄には人名がなく「OpenAI」とだけ書かれています。検証チェーンの最後の段階は、現時点で空いています。
公開された「思考過程」は思考連鎖そのものではない
発表では、各解についてモデル自身が思考過程を説明した文書を公開したとしています。この表現は、元の思考連鎖が公開されたように読めます。しかし62ページの文書は、概要で作成経緯を説明しています。AIモデルが元の思考連鎖と最終論文を読み、証明がどのように形成されたかを再構成したものです。モデルの実際の推論を研究する資料としては、間に1層挟まっています。
最大の対立点は著者表記
ここでは判断を加える必要はありません。2つの文書を並べれば、違いは明確です。
OpenAIの発表
「著者表記は、成果がどのように生み出されたかを誠実に反映すべきだと考えます。AIシステムが完全に生成した証明を人間の著作物だと表現すれば、システムの貢献と真の人間的知的作業の性質をともに歪めます。私たちは原稿の準備、Leanへの形式化を支援し、その正しさに責任を負いますが、数学的論証そのものは私たちのシステムが生成しました。」
ライデン宣言 · 国際数学連合が支持
「自動化技術が公表される数学研究に用いられる場合、論証と成果の正しさおよび十分性に関する責任は……全面的に人間の著者が負う。功績と責任は引き続き数学共同体の人間に帰属し、自動システムへ与えるべきではない。AIは成果の背後にある人間の共同作業を見えにくくする可能性はあるが、それに取って代わるものではない。」
OpenAIは同じ発表文で、ライデン宣言の署名者に「深い敬意と理解」を示しています。同宣言の価値観に関する節には、成果は具体的な著者へ帰属させ、発見の功績と正しさへの責任を著者が負うべきだとも書かれています。今回の249ページの論文には、人間の著者名がありません。
公平を期せば、宣言の別の提言である「ツール使用の開示」は、OpenAIも実行しています。モデル、費用、形式化の過程を公開しました。
登録サイト管理者は評価、しかし登録はOPENのまま
Erdős Problems(erdosproblems.com)は、マンチェスター大学の数学者Thomas Bloomが運営しています。この分野における事実上の権威ある索引であり、OpenAIの249ページの論文も参考文献で引用しています。
発表当日、Bloom本人がXに投稿しました。
大ニュースです!(実際には私の専門ではありませんが、そうですね、単位距離予想の反例より上に置きます。単位距離予想そのものを証明するほどではないかもしれませんが、構成という点では大きな成果です。)
Thomas Bloom · X · 2026-08-01
「単位距離予想の反例」とは、OpenAIが今年5月に公開した成果です。未公開モデルを使い、Erdősの単位距離予想を覆しました。Bloomは今回の10件をその上に置きました。理由は「構成という点」です。本稿のタイプ3に当たる、対象をゼロから作る作業を指します。
10分後、Bloomはさらに投稿し、これをAIによる数学者の代替と表現する見方に反論しました。
数学者が提起した予想を、数学者が1世紀以上かけて発展させた理論を使い、数学者が作り、数学者のあらゆる著作を学習したAIで証明して、それを「数学者の代替」と呼ぶのは正しくありません。
Thomas Bloom · X · 2026-08-01
ただし評価とは別に、登録サイトの状態は変わっていません。本サイトが2026年8月2日に3件を再確認した結果は次の通りです。
多色Ramsey数
賞金250ドル
退化次数予想
賞金500ドル
コンパクト性予想
OPEN3項目とも未解決の表示が残り、「コメントには部分解、完全解を問わず、解を主張する投稿はない」と記されています。
この2点は分けて考える必要があります。管理者による公開評価と、登録サイトが項目ごとに検証して反映することは別です。Bloom自身も「専門ではない」と断っています。彼が示したのは熟練数学者としての成果の重みに対する評価であり、証明の各手順を検証した結果ではありません。検証を完了するには、専門家が数十ページの論文を読み、数万行のLeanコードにある命題宣言を確認し、その形式命題が元の問題と一致すると確かめる必要があります。数日では終わりません。
分野の権威ある研究者は成果の重要性を公に認めました。一方、10件のうち独立検証を完了したものはまだありません。
最難関には届かず、公開前には政府審査も
この先はどう進むのでしょうか。発表文にない3つの手掛かりがあります。
さらに難しい問題にも挑戦したが、失敗
Noam Brownは発表当日、本文になかった事実を補足しました。
はい、他の重大問題にも実際に挑戦しましたが、成功しませんでした。残念ながら、ミレニアム懸賞問題はまだありません。
Noam Brown · X · 2026-08-01
ただし、各問題に使った計算資源は多くありません。テスト時の計算資源は、さらに大幅に増やせます。
ミレニアム懸賞問題は、Clay Mathematics Instituteが2000年に設定した7つの問題です。各問題に100万ドルの賞金があります。26年間で解決されたのは1題だけです。
この発言を先ほどの2000ドルと合わせると、意味は明確です。今回の10題は、計算資源をあまり投入せずに達成しました。しかし本格的に投入したとき、最上位の問題へ届くかは誰にも分かりません。BrownはAstraを「科学的推論における大きな一歩」と表現しました。
政府審査を受ける最初のモデルに
The Informationの報道によると、Astraはすでにテスト中です。米政府の新しいAI審査枠組みの対象となる最初のモデル群に入る見込みで、公開前に連邦政府へ提出する必要があります。枠組み自体はまだ策定中です。
読者にとって重要なのは、今回の数学10件が能力の実演であると同時に、モデルが公式審査を控える時期に発表されたことです。本サイトは動機を判断せず、時間的な関係だけを示します。
さらに先の目標:自律的に研究するAI
報道では2つの時期が示されています。OpenAIは2028年3月までに、研究プロジェクトを独力で進められる完全自動のAI研究者を作ることを目指しています。より近い目標は今年9月です。「研究インターン水準」のシステムを投入し、人間の科学者を支援する計画です。
今回の数学10件は、そのロードマップで現時点までに提出された唯一の具体的成果です。機械が論理を完全検証できる分野では、この仕組みが実際の成果を生み出せると示しました。一方、形式検証できない分野でも同じ方法が成立するとは証明していません。研究の大半は、まさに後者に属します。
検証用リンクとコマンド
著者表記を巡る論争について、両者の主張を聞くだけで済ませる必要はありません。資料はすべて公開されています。ただし、249ページの論文と62ページのウォークスルーには、発表本文からリンクされていません。GitHubリポジトリのREADMEから探す必要があります。
elanのインストール後、リポジトリ直下で実行
lake exe cache get lake build All # 只验其中一个(球堆积),走第三方内核 lake exe comparator ComparatorChallenges/A_SpherePacking.json
未公開モデルが数十年来の数学難問10題を解決、証明は機械が行単位で検査
OpenAIが数学と理論計算機科学で10件の成果を発表。論文、証明コード、コストも公開しました。何を解き、なぜ信頼でき、何が未検証なのかを1ページで解説します。
↓ 1ページで読了 · 動く図付き
OpenAIは発表文と249ページの論文を公開し、次世代主力モデルの内部版が数学と理論計算機科学の未解決問題10題を解いたとしました。最古の問題は1961年に提起され、最も新しいものでも20年以上未解決でした。分野は互いに無関係な8領域にまたがります。
モデル名はAstraで、まだ一般公開されていません。発表本文には一度も登場せず、OpenAI研究者のNoam Brownが当日にXで明かした名称です。
10件の成果に対応する問題の提起年です。軸上には11個の点があります。極値グラフ理論の1項目に2つの予想が含まれるためです。年代は249ページの論文の各章序文とErdős Problemsを本サイトが項目ごとに照合しました。
10題で求められる数学的作業は同じではありません。3種類に分けると、モデルの強みが見えてきます。
各行の右側に、この分類に属する問題を示しています。タイプ3は従来、機械に教えるのが最も難しいと考えられてきました。前の2類はすでに引かれた線を進みますが、タイプ3では存在しなかった構造を作り、互いに衝突する複数の条件を満たすと証明します。もう1つの重要点は守備範囲です。8分野では技術的な道具がほぼ共通せず、球充填の手法は群論では役に立ちません。
AIによる数学的成果の主張は以前からあります。論争は常に同じ点で止まりました。誰が査読し、読み切れるのか。今回は論理検証を機械に委ねました。
Leanは定理証明支援系です。証明をLeanの言語で書き直すと、最小限のカーネルが各手順を行単位で確認します。それまでの手順と公理から厳密に導かれているかを調べるのです。帳簿を調べる監査人に似ています。事業内容を理解する必要はなく、各項目が正しいかだけを確認します。10件の証明はすべてLeanで書き直され、行単位の検査を終え、コードも公開されています。
sorryはLeanのプレースホルダーで、「この手順は飛ばす」という意味です。1つでもあれば証明に穴があります。公理は推論の最下層にある出発点で、1つ追加すれば途中で規則を変えたことになります。リポジトリには再検査経路もあり、Leanのカーネルを信用しない場合は、別実装のカーネルで再検査できます。
機械が保証できるのは中央部分だけです。チェーンの両端はまだ空いています。
数十年間自然言語で記述されてきた予想を、Leanの形式命題、つまり機械が行単位で確認できる厳密な表現へ変換するのは、人間またはAIです。翻訳時に命題が密かに弱められたり、定義がずれたりしてもLeanは合格を出します。Leanが確認するのは、命題から結論までの推論だけです。
agent-reviewed、つまりAIによるレビューとなっています。Erdős Problemsでは、#183 / #146 / #180が8月2日時点でも未解決のままでした(本サイト実査)。数万行のLeanコードを読む専門家にとって3日間は短すぎます。一方、管理者のThomas Bloom本人は発表当日にXで、10件の成果の重要性を公に認めています。論理検査を機械へ任せたことで、論争は別の問いに集中しました。この証明は誰の名前で発表すべきなのか。
「論証と成果の正しさおよび十分性への責任は、全面的に人間の著者が負う。功績と責任は引き続き数学共同体の人間に帰属し、自動システムへ与えるべきではない。」
「AIシステムが完全に生成した証明を人間の著作物だと表現すれば、システムの貢献と真の人間的知的作業の性質をともに歪める。」
そのため、249ページの論文の著者欄には「OpenAI」とだけ記され、人名はありません。
ライデン宣言の別の提言であるツール使用の開示は、OpenAIも実行しました。モデル、費用、形式化の過程を公開しています。
数十年動かなかった難問?
249ページの論文を公開。
未公開モデルが一度に
数学の難問10題を解いた。
動かなかった境界を
先へ進める
計算できるのかを
判定する
本当に成立すると証明する。
証明を書き直すと、小さなプログラムが行単位で確認する。
各手順が前の手順から厳密に導かれるかを調べる。
全行検査し、すべて公開。
5日半
Leanの形式命題へ変えるのは
人間またはAI。
命題を弱めてしまっても、
Leanは合格を出す。
- × 命題の翻訳は未確認
- × 249ページの論文は査読前
- × 著者欄はOpenAIのみ
- × 設定上のレビュー担当はAI
数学共同体の人間に帰属し、
自動システムへ与えるべきでない。」
人間の著作物とすれば、
システムの貢献と真の
人間的知的作業を歪める。」
両端の確認は終わっていない
両者の主張を聞くだけでなく、自分で実行できる。