В математике, и особенно калибровочной теории, инвариантами Зайберга – Виттена являются инварианты компактных гладких ориентированных 4-многообразий, введенные Эдвардом Виттеном (1994), используя теорию Зайберга – Виттена, изученную Натан Зайберг и Виттен (1994a, 1994b) во время исследований калибровочной теории Зайберга – Виттена.
инвариантов Зайберга – Виттена похожи на инварианты Дональдсона и могут использоваться для доказательства аналогичных (но иногда немного более сильных) результатов о гладких 4-многообразиях. С ними технически намного проще работать, чем с инвариантами Дональдсона; например, пространства модулей решений уравнений Зайберга – Виттена имеют тенденцию быть компактными, поэтому можно избежать сложных проблем, связанных с компактификацией пространств модулей в теории Дональдсона.
Подробное описание инвариантов Зайберга – Виттена см. В (Donaldson 1996), (Moore 2001), (Morgan 1996), (Николаеску 2000), (Скорпан 2005, Глава 10). Относительно симплектических многообразий и инвариантов Громова – Виттена см. (Taubes 2000). О ранней истории см. (Jackson 1995).
Содержание
- 1 Спин-структуры
- 2 Уравнения Зайберга – Виттена
- 3 Пространство модулей решений
- 4 инварианты Зайберга – Виттена
- 5 Список литературы
Спин-структуры
Группа вращения (в измерении 4):
где действует как знак для обоих факторов. Группа имеет естественный гомоморфизм к SO (4) = Spin (4) / ± 1.
Для компактного ориентированного четырехмерного многообразия выберите гладкую риманову метрику с соединением Леви Чивита . Это сокращает структурную группу от связной компоненты GL (4) + до SO (4) и безвредно с гомотопической точки зрения. Спин-структура или комплексная спиновая структура на M - это редукция структурной группы к Spin, то есть подъем структуры SO (4) на касательном расслоении к группе Spin. По теореме Хирцебруха и Хопфа каждое гладкое ориентированное компактное 4-многообразие допускает структуру Spin. Существование структуры Spin эквивалентно существованию подъема второго класса Штифеля-Уитни в класс И наоборот, такой подъем определяет структуру Spin до 2 кручений в A структура вращения требует более строгого ограничения
Структура Spin определяет (и определяется) спинорный пучок , полученный из двух комплексных мерных положительного и отрицательного спинорного представления Spin (4), на которое U (1) действует посредством умножения. У нас есть . Связка спиноров поставляется с градуированным представлением связки алгебры Клиффорда, т. Е. Картой так, что для каждой 1 формы мы имеем и . Существует уникальная эрмитова метрика на s.t. является перекосом эрмитова для вещественных 1 форм . Он дает индуцированное действие форм путем антисимметризации. В частности, это дает изоморфизм двух самодуальных форм с бесследными косыми эрмитовыми эндоморфизмами которые затем идентифицируются.
Уравнения Зайберга – Виттена
Пусть быть детерминантным линейным пакетом с . Для каждого соединения с на , существует уникальный спинор соединение на т.е. соединение такое, что для каждого 1- форма и векторное поле . Затем связь Клиффорда определяет оператор Дирака на . Группа карт действует как группа датчиков на множестве всех соединений на . Действие может быть "фиксированным размером", например условием , оставляя эффективную параметризацию пространства всех таких соединений с невязкой действие группы датчиков.
Запишите для спинорного поля с положительной хиральностью, т. Е. Отрезка . Уравнения Зайберга – Виттена для теперь
Здесь - это 2-форма замкнутой кривизны , - его самодвойственная часть, а σ - отображение квадрата из бесследному эрмитовскому эндоморфизму , отождествляемому с воображаемой самодвойственной 2-формой, и - это настоящая самодуальная двойная форма, часто принимаемая за ноль или гармоническую. Группа калибров действует в пространстве решений. После добавления условия фиксации датчика невязка U (1) действует свободно, за исключением «приводимых решений» с . По техническим причинам уравнения фактически определены в подходящих пространствах Соболева достаточно высокой регулярности.
Применение формулы Вайтценбека
и тождество
решениям уравнений дает равенство
- .
Если является максимальным , так что это показывает, что для любого решения sup norm априори ограничен с границей, зависящей только от скалярной кривизны of и дуальная самодвойная форма . После добавления условия фиксации калибровки эллиптическая регулярность уравнения Дирака показывает, что решения фактически априори ограничены в нормах Соболева произвольной регулярности, что показывает, что все решения гладкие, и что пространство всех решений с точностью до калибровочной эквивалентности компактно.
Решения уравнений Зайберга – Виттена называются монополями., поскольку эти уравнения являются уравнениями поля безмассовых магнитных монополей на многообразии .
Пространство модулей решений
На пространство решений действует калибровочная группа, и фактор этого действия называется пространством модулей монополей.
Пространство модулей обычно представляет собой многообразие. Для общих метрик после фиксации калибровки уравнения вырезают пространство решений в поперечном направлении и таким образом определяют гладкое многообразие. Остаточная U (1) «фиксированная калибровка» калибровочная группа U (1) действует свободно, за исключением приводимых монополей, то есть решений с . По теореме Атьи-Зингера об индексе пространство модулей конечномерно и имеет «виртуальную размерность»
который для общих показателей является фактическим измерением вдали от сводимые. Это означает, что пространство модулей в общем случае пусто, если виртуальная размерность отрицательна.
Для двойственной формы 2 приводимые решения имеют , и поэтому определяются соединениями на такой, что для некоторой антисамодуальной 2-формы . По разложению Ходжа, поскольку закрыт, единственное препятствие для решения этого уравнения для с учетом и , является гармонической частью и и гармоническая часть, или, что эквивалентно, класс когомологии (де Рама) формы кривизны, т.е. . Таким образом, поскольку необходимое и достаточным условием для приводимого решения является
где - это пространство гармонических анти-самодуальных 2-форм. Двойная форма является -допустимой, если это условие не выполняется и решения обязательно неприводимы. В частности, для пространство модулей является (возможно, пустым) компактным многообразием для общих метрик и допустимого . Обратите внимание, что если , то пространство -допустимые две формы связан, тогда как если , он имеет два связанных компонента (камеры). Пространству модулей можно дать естественную ориентацию из ориентации на пространстве положительных гармонических 2 форм и первых когомологий.
Априорная оценка решений также дает априорные границы для . Следовательно, существует (для фиксированного ) только конечное число и, следовательно, только конечное число структур Spin с непустым пространством модулей.
Инварианты Зайберга – Виттена
Инвариант Зайберга – Виттена четырехмерного многообразия M с b 2 (M) ≥ 2 является отображением спиновых структур на M на Z . Значение инварианта спиновой структуры легче всего определить, когда пространство модулей нульмерно (для общей метрики). В этом случае значение - это количество элементов пространства модулей, подсчитанное со знаками.
Инвариант Зайберга – Виттена также можно определить, когда b 2 (M) = 1, но тогда это зависит от выбора камеры.
Многообразие M называется простым типом, если инвариант Зайберга-Виттена обращается в нуль, если ожидаемая размерность пространства модулей отлична от нуля. Гипотеза простого типа утверждает, что если M односвязно и b 2 (M) ≥ 2, то многообразие имеет простой тип. Это верно для симплектических многообразий.
Если многообразие M имеет метрику положительной скалярной кривизны и b 2 (M) ≥ 2, то все инварианты Зайберга – Виттена для M равны нулю.
Если многообразие M является связной суммой двух многообразий, каждое из которых имеет b 2 ≥ 1, то все инварианты Зайберга – Виттена многообразия M равны нулю.
Если многообразие M односвязно и симплектическое и b 2 (M) ≥ 2, то оно имеет спиновую структуру s, на которой инвариант Зайберга – Виттена равен 1. В частности, оно не может быть разделенным в виде связной суммы многообразий с b 2 ≥ 1.
Ссылки
- Дональдсон, Саймон К. (1996), «Уравнения Зайберга-Виттена и 4 -многообразная топология. ", Бюллетень Американского математического общества, (NS), 33 (1): 45–70, doi : 10.1090 / S0273-0979-96-00625-8, MR 1339810
- Джексон, Аллин (1995), Революция в математике, заархивировано из оригинала 26 апреля 2010 г.
- Морган, Джон В. (1996), Уравнения Зайберга – Виттена и приложения к топологии гладких четырехмерных многообразий, Mathematical Notes, 44, Princeton, Нью-Джерси: Princeton University Press, pp. Viii + 128, ISBN 978-0-691-02597-1, MR 1367507
- Мур, Джон Дуглас (2001), Лекции по инвариантам Зайберга-Виттена, Конспекты лекций в Математика, 1629 (2-е изд.), Берлин: Springer-Verlag, стр. Viii + 121, CiteSeerX 10.1.1.252.2658, doi : 10.1007 / BFb0092948, ISBN 978-3-540-41221-2, MR 1830497
- Нэш, гл. (2001) [1994], Энциклопедия математики, EMS Press
- Николаеску, Ливиу И. (2000), Заметки по теории Зайберга-Виттена (PDF), Аспирантура по математике, 28, Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество, стр. Xviii + 484, doi : 10,1090 / gsm / 028, ISBN 978-0-8218-2145-9, MR 1787219
- Скорпан, Александру (2005), Дикий мир 4-многообразий, Американское математическое общество, ISBN 978-0-8218-3749-8, MR 2136212.
- Сейберг, Натан ; Виттен, Эдвард (1994a), «Электромагнитная дуальность, монопольная конденсация и удержание в N = 2 суперсимметричной теории Янга-Миллса», Nuclear Physics B, 426 (1): 19–52, arXiv : hep-th / 9407087, Bibcode : 1994NuPhB.426... 19S, doi : 10.1016 / 0550-3213 (94) 90124-4, MR 1293681 ; "Erratum", Nuclear Physics B, 430 (2): 485–486, 1994, Bibcode : 1994NuPhB.430..485., doi : 10.1016 / 0550-3213 (94) 00449-8, MR 1303306
- Зайберг, Н. ; Виттен, Э. (1994b), «Монополи, двойственность и нарушение киральной симметрии в N = 2 суперсимметричной КХД», Nuclear Physics B, 431 (3): 484–550, arXiv : hep-th / 9408099, Bibcode : 1994NuPhB.431..484S, doi : 10.1016 / 0550-3213 (94) 90214-3, MR 1306869
- Таубс, Клиффорд Генри (2000), Вентворт, Ричард (редактор), инварианты Зайберга Виттена и Громова для симплектических 4-многообразий, First International Press Lecture Series, 2, Somerville, MA: International Press, pp. Vi + 401, ISBN 978-1-57146-061-5, MR 1798809
- Виттен, Эдвард (1994), «Монополи и четырехмерные многообразия»., Mathematical Research Letters, 1 (6): 769–796, arXiv : hep-th / 9411102, Bibcode : 1994MRLet... 1..769W, doi : 10.4310 / MRL.1994.v1.n6.a13, MR 1306021, заархивировано с оригинала 29.06.2013