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生命不息 创造不已:纪念廖山涛先生百年寿辰

廖山涛先生于 1997 年仙逝,今年是百年诞辰。二十多年过去,往事恍若昨日。在这个 特殊的日子,怀念先生,作此短文,以志纪念。

幸 运的 是 ,科 学 出版 社在 1996 年 出版 了 廖先 生 的选 集《 Qualitative Theory of Differentiable Dynamical Systems》。书中收藏了廖先生在微分动力系统方面的主要文章 8 篇 和附录 2 篇。这些文章涵盖了廖先生工作的原始文献,包括动力系统遍历理论,典范方程组, 阻碍集及在 C1 封闭引理,结构稳定系统的刻画等方面的应用。我从读研究生时开始研读廖 先生的文章,并得到导师吴文俊先生的支持与鼓励。读廖先生的文章,如见其人,如闻其声。 他是一位纯粹的学者,其工作有令人叹服的原创性,文如其人,跃然纸上。

廖先生工作的核心,为微分方程定性理论奠定数学基础,以系统研究结构稳定性与混沌 问题。结构稳定性问题,六十年代起,Smale 学派做了很多研究,提出了刻画结构稳定性的 猜测。结构稳定的系统,就是一些大范围的常微分方程组,其系数和其一阶导数做一个小的 扰动,定性行为仍然是一样的。廖先生同期独立发展了一套理论。他六十年代初将遍历理论 用于动力系统,提出 Lyapunov 指数的概念。而后发展典范方程组,将一个轨道附近的行为 用常微分方程来表达,非常方便于研究。用此方法,可以证明 C1 封闭引理,用周期轨道逼 近一般的回归的(recurrent)轨道。80 年代中,我在普林斯顿做学生时,导师 Mather 教授对此证明很感兴趣。我给他讲廖先生与其弟子麦结华的证明,前后近两个月。他理解了这个 证明后,非常高兴,马上安排我做一次正式的学术报告讲解这个证明。廖先生工作中不变测 度的概念尤为重要,也可用于 Hamilton 动力系统的研究,与变分法结合,发展出整体理论。 将一个回归轨道的有线段封闭,C1 扰动(一阶导数也比较小)需要这个轨道端点周围有一 定的空间没有递归的轨道,因此对轨道的筛选要很仔细。这个技巧适用于一般的递归轨道。 

结构稳定问题的复杂性在于,一个常微系统一般会有无穷多个周期轨道。如果限于具有 有限个周期轨道的 Morse-Smale 系统,这个问题已有明确的答案,即所有周期轨道是双曲 的,这些轨道的稳定流形与非稳定流形横截相交。对于具有无穷多个周期轨道系统,廖先 生最早提供了比较清晰的图像。这些系统的周期轨道都是双曲的,在小扰动下,仍然是双曲 的。这样的系统具有可数个双曲周期轨道。廖先生敏锐地意识到,为刻画结构稳定系统,横 截性条件是最基本的。为此廖先生发展了阻碍集的概念与理论,定量地刻画一般轨道上的横 截性。在非游荡点集与阻碍集不交的情形,廖先生建立了这个不变集上的双曲性。对于阻碍 集非空的情形,廖先生深入地研究了这个集合的结构。特别地,这种系统可以做小的扰动, 在混沌的点附近,不同的扰动可以得到具有不同指标的双曲周期轨道。由此得到结构稳定系 统的另一个图像,具有不同指标的周期轨道的闭包互不相交。我有幸在廖先生等工作的基础 上,做了一点贡献。我的博士论文将 Mane 的微扰技巧做了一点改进,验证了三维微分动力 系统的结构稳定性猜测。今日重温廖先生的工作,对廖先生工作的原创性惊叹不已。以他的 工作为基础,应足以刻画结构稳定系统

原创性工作在数学的发展中起核心作用,这是我们最需要向先辈学习的地方。廖山涛先 生在微分动力系统方面做了原创性,奠基性工作。吴文俊先生在示性类等方面做了基础性, 原创性工作。华罗庚先生在多复变与数论等方面做了原创性工作。陈省身先生高维 Gauss-Bonnet 和示性类的工作,直逼高斯。丘成桐先生在 Calabi-Yau 空间的工作成为弦论的基石,在广 义相对论方面做了奠基性工作。他们是我们的榜样,他们的工作将激励年轻人做出原创性工 作,对于数学发展有新的贡献。

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