阿诺德(Влади́мир И́горевич Арно́льд,1937-2010),英文写法为Vladimir Igorevich Arnold或者Arnolʹd,是二十世纪数学物理领域中的杰出人物。阿诺德出生于苏联时期的敖德萨,据说13岁时受叔叔启发开始自学数学,所使用的书本包括瑞士数学家欧拉和法国数学家厄米特的著作。阿诺德在莫斯科国立大学学习期间就教于柯尔莫哥洛夫,那是一个学派领袖级人物。
阿诺德于1957年在不足20岁的时候就解决了希尔伯特1900年演讲中所列数学世纪问题23个中的问题第13,后来被称为柯尔莫哥洛夫-阿诺德表示定理。阿诺德的研究领域遍及可积系统、代数、代数几何、微分方程、拓扑、灾变理论、奇性理论、辛几何、经典力学和流体力学,等等。辛拓扑明确是阿诺德开创的领域,它来自辛几何,再往前追溯应该是来自哈密顿正则方程。
阿诺德给我印象最深的不是他的那些高深数学研究成果,而是他在一般浅层次数学问题上的别出心裁。请允许我举两个例子。其一是三角形垂心都交于一点的证明,这是个古老的平面几何问题。阿诺德竟然用雅可比恒等式来证明。其二是一元五次方程没有有限根式解的证明。一元五次方程没有有限根式解的问题,经拉格朗日的思考、鲁菲尼和阿贝尔等人的工作后由伽罗华用群论系统地证明了,并且由此产生了伽罗华理论。
然而,1963年阿诺德竟然想到了用拓扑学的方法加以证明。证明思路基于如下观察和定理。观察是,方程系数绕一个环路回到原点可能会造成多项式方程根的置换。而定理是,两个环路对易式定义的环路会造成根空间里的环路。这样问题就来了,如果根的置换的对易式还是根的置换的话,那代数方程解的公式就必须是嵌套根式的样子。若根的置换的对易式之对易式一直是根的置换,那解的根式表达就必须是无限嵌套的样子。
五次方程没有有限根式解由此得到了一个拓扑学角度的证明,思路清晰,比伽罗华理论好懂多了。阿诺德是数理通透的大家,自然也是个教育大家。他的“论数学教学”一文,读来十分震撼,可能对于数学教学和数学家培养特别有意义,对物理教学和物理学家培养也有参考价值。
该文开篇第一句即是‘Mathematics is a part of physics…Mathematics is the part of physics where experiments are cheap’,诚哉斯言。不过,这里的physics,按照其字面意思理解为‘关于自然的学问’可能更贴切些。这句话解释了为什么阿诺德是个合格的数学物理学家。